[发明专利]一种预测Cu-Zr非晶合金强脆转变参数f的方法

说明书

本发明提供了一种预测Cu‑Zr非晶合金强脆转变参数f的方法。以Cu‑Zr二元非晶合金为研究对象，利用热力学及动力学测试方法，测量高温熔体液液相变的转变程度F来有效预测二元非晶合金在过冷液相区的强脆转变参数f、以及泊松比。相比较许多合金的过冷液相区不稳定很难直接测量其动力学性质，高温熔体的动力学性质(如粘度随温度的变化)容易测量。这也为预测金属玻璃过冷液体的性质提供了很好的渠道。本申请通过建立研究金属玻璃的高温熔体和过冷液相区的动力学行为的联系，实现了对金属玻璃固体的塑性(泊松比)的间接测量，有助于在生产及应用中来控制金属玻璃固体的性质。

技术领域

本发明属于金属玻璃分析领域，特别涉及一种预测Cu-Zr非晶合金强脆转变参数f的方法。

背景技术

液液相变指同一成分的液体在不同的外界条件下，发生的从一种液体状态转化为另一种液体状态的现象。经当前研究发现，引发液液相变的两个主要原因为温度及压力。具体表现为黏度、密度、电阻率等物理参数的变化。研究人员已经在H₂O、P、Si等非金属液体中发现了液液相变。液液相变现象在金属玻璃液体领域的探索进展比较缓慢，直至2006年，H.W.Sheng等人在Ce-Al体系中证实了液液相变现象的存在，才为非晶非晶合金体系中液液转变的进一步探索提供了新的机遇。

近几年，科学家对金属玻璃形成熔体(远高于液相线温度T_L)中液液相变现象的研究有了进一步的成果。俄罗斯V.I.Lad’yanov教授团队致力于研究Fe基系列非晶合金形成液体的动力学表现，发现其合金液体在熔点以上粘度存在显著的突变现象，而且该粘度突变过程是可逆的。这一现象进一步证明了金属玻璃液体中存在着液液相变现象。2016年德国samwer等人将Zr基非晶合金在电容器的作用下快速升温，发现升温达1200K以上的金属玻璃液体其第一衍射峰的峰位及其随后的晶化过程及升温至1000K以下的金属玻璃液体具有较大差异。Moritz Stolpe等人利用高能同步X射线衍射对液液相变过程的结构变化进行监测。发现液液相变发生中程及短程有序结构的变化。

1999年，在《nature》杂志上首次报道了水在过冷液相区存在强脆转变现象。该文冲击了固有的认知，引领科学进入了一个新的领域。Ito等人发现，在T_g(玻璃转化温度)附近，水呈强性；而在T_L(液相线温度)附近时，水呈脆性。之后，强脆转变现象在SiO₂和BeF₂也得到了证实。近年来，有实验表明，强脆转变现象可能普遍存在于非晶合金过冷液体中。德国Ralf Busch和美国的Johnson等人发现了Zr基非晶合金液体在过冷液相区出现粘度和比体积的突变，证实了强脆转变现象。山东大学胡丽娜课题组研究了以Gd基、Al基、La为基的等数十种非晶合金体系液体，比对了由测量得到的高温(接近但低于液相线温度T_L)和低温区(高于但接近玻璃转变温度Tg)的粘度获得的脆性值，发现T_g处的液体呈强性，而液相线附近的液体呈脆性。

为量化强脆转变程度的大小，山东大学胡丽娜课题组引入了强脆转变参数f。采用MYGEA公式模型将过冷液体高温区(接近液相线温度)的粘度外延至T_g处，该曲线的斜率定义为液体脆性系数m'。在过冷液体中，高温区的脆性系数m'与低温区的脆性系数m的比值即为强脆转变参数

到目前为止，发生在过冷液相区的强脆转变现象的根源尚未探究清楚，关于强脆转变现象与其高温熔体及其金属玻璃固体的诸多性质之间的关系还有待进一步探索。

发明内容