[发明专利]用原位中子衍射表征大块金属玻璃有序化过程的方法

说明书

用原位中子衍射表征大块金属玻璃有序化过程的方法，包括：金属玻璃有序化的原位中子衍射测定；原子结构分布计算；数据动力学拟合；有序化动力学特征分析。本发明从原子堆垛的无序‑有序转变角度出发，将有序化过程与宏观上生产制备条件结合起来，准确、可靠的测定、分析有序化过程的动力学特征，以指导纳米晶材料的生产制备过程，达到实用产业化的目的。

技术领域

本发明属于纳米晶制备技术领域，属非晶合金研究技术领域，涉及金属玻璃有序化特征的表征技术方法，具体为用原位中子衍射表征大块金属玻璃有序化过程的方法。

背景技术

与晶体材料相比，大块金属玻璃具有长程无序、短程有序结构，拥有传独特的一系列优良的力学、物理和化学性能，如高强度、高硬度、室温下极大的弹性极限和粘滞态下良好的成型性等，在军事、医疗器材、体育器材等领域具有广阔的应用前景。金属玻璃的有序化是获得纳米晶结构材料的一种很有前途的工艺方法，在很大程度上拓展了金属玻璃的应用潜力和范围。

根据文献[Inoue. Journal/NanoStructured Materials, 1995, 6 (1-4): 53-64]，实际应用中的大块金属玻璃合金分为两类：一类是处于完全无序的金属玻璃态，另一类是局部有序化状态，即包含部分纳米晶颗粒的状态。对于完全无序的金属玻璃合金，应该设法提高其结构稳定性，避免有序化晶粒和晶界的产生；而对于局部有序化状态的金属玻璃合金，通过适当的控制有序化工艺和条件，可以获得具有纳米尺寸的、均匀分布分布在无序玻璃体上的微小晶粒，形成以无序玻璃体为基体、弥散分布的有序化纳米晶粒为增强体的金属复合材料，从而获得更为优异的力学性能。由此可知，无论对于哪一类金属玻璃合金，研究有序化过程的行为规律具有非常重要的意义。因此，深入研究金属玻璃有序化过程的动力学特性，对于优化和控制纳米晶合金的微观组织，提高纳米合金材料的性能具有十分重要的意义。

根据合金有序化过程动力学理论，见文献[Ghosh, Chandrasekaran et al.Journal/ActaMetallurgica et Materialia, 1991, 39 (5): 925-936; Lu and Wang.Journal/Materials Science and Engineering, 1991, 133 500-503; Kawase, Tsai etal. Journal/Applied Physics Letters, 1993, 62 (2): 137-139]，金属玻璃等温有序化动力学的定量分析可以用JMA公式描述：x(t)＝1−exp[−k(t−t₀)ⁿ]，式中x(t)为经过t时间后合金中的有序化晶体相体积含量，t₀为孕育期，与非稳态时间相关；n为Avrami指数，与有序化机制以及晶体相的形貌有关；K为热激活速率常数，与形核和长大速率相关，根据K与温度的关系：K(T)=K₀.exp(−E_a/kT)，可以得知整个过程的激活能E_a，其中E_a包括了形核激活能E_N和长大激活能E_G的贡献，k为波尔兹曼常数，K₀为常数。