准晶材料的研究进展

准晶材料由于其特殊的晶体结构,使得它拥有一些普通材料所不具备的优异性能,能满足一些传统材料所不能满足的要求。同时,它对传统晶体学科的发展具有划时代的意义。本文综述了准晶材料的发展历程、研究现状及应用前景。     

关于一维三元准周期模型的讨论

研究了替代关系为Ａ→ＡＢ，Ｂ→Ｃ，Ｃ→Ａ序列上的一维三元类Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ模型的结构、能谱和波函数的性质，发现这个模型以无序性为主要特征，准周期性表现的并不明显，不应作为理论研究中的准周期模型。我们给出一个替代关系为Ａ→ＡＢＣ，Ｂ→Ａ，Ｃ→Ｂ序列上的三元广义Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ模型，呈现出明显的准周期性，可作为一个三元准准周期模型进一步讨论。     

Al-Cu-Fe系合金准晶稳定性的研究

利用扫描电镜、X-射线衍射分析及示差热分析(DTA)方法对用单辊法获得的Al-Cu-Fe系合金准晶的热稳定性进行了研究,并探讨了Al-Cu-Fe系中以Cr代Fe对准晶稳定性的影响。发现在所研究的成分范围内,Al-Cu-Fe系合金准晶的晶化温度与成分有关。当Al含量一定时,晶化温度随Cu/Fe比降低而升高;当Fe含量一定时,晶化温度随Al/Cu比降低而升高;Cu含量一定时,晶化温度基本不变。准晶晶化激活能随Cu含量减少、Fe含量增加而降低。以等量Cr替代Fe,合金准晶晶化温度升高,晶化激活能增加,准晶热稳定性大大提高。     

压力和温度对Al－Cu－Fe系准晶合金相变的影响

采用Ｘ射线衍射、透射电镜等手段研究了高压下Ａｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５等快速凝固粉末中准晶及晶体相的相变问题，在８００℃，６ＧＰａ条件下，准晶粉末中的晶体相基本上转变为二十面体准晶相。在常压下，准晶相在高温转变为晶体相．压力对相变热力学有显著影响。     

Al—Cu—Fe—B准晶材料断裂韧性的评估

采用(Vickers)压痕试验法来测试评估准晶Al59Cu25.5Fe12.5B3的断裂韧性.根据维氏压痕的断面轮廓、径向裂纹尺寸和相关的计算表达式,测试了显微硬度Hv和裂纹萌生的临界载荷值,评估了该准晶材料的杨氏弹性模量E和断裂韧性.结果表明该准晶材料的杨氏模量为108.5GPa,断裂韧性约1.34MPa*m-1/2.对于维氏压头而言,裂纹萌生的临界载荷值在250mN～500mN的范围.此外,运用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了裂纹萌生和裂纹扩展的表面形貌.     

四元系铝基准晶体的形成规律和生长形貌的研究

根据作者提出的配制新型多元系准晶的成分加和原则,本文采用急冷和慢冷制得了两种四元系Al-Cu-Fe-Co和Al-Cu-Fe-Mo准晶体。采用X射线衍射、光学金相显微镜、透射电子显微镜以及差热分析,对这两种新系列准晶体的结构、成分以及热稳定性进行了分析,给出了这两类准晶体形成的一般规律。本文还用扫描电子显微镜研究了这两类准晶体的生长形貌。     

普通凝固Mg-Zn-Y系合金组织

采用普通凝固技术在Mg-Zn-Y合金中制备出稳定态准晶相Mg30Zn60Y10.通过光学显微镜、X射线衍射仪、能谱分析仪、扫描电镜和透射电镜显微分析技术,确定准晶的组织、相成分及结构.研究结果表明:由于合金成分不同,导致基体组织不同并使准晶的形貌、分布、数量等存在差异;随Y含量的增加,准晶相含量逐渐增加,分布逐渐均匀化,且形貌发生较大变化;当Y含量(摩尔分数)小于3%时,基体组织为Mg7Zn3;当Y含量达到3.5%时,基体为组织MgZn.     

Al-Pd-Mn-Mg、Al-Pd-Mn-Zn和Al-Pd-Mn-Mg-Zn系准晶态合金的研究

本文研究了Al-Pd-Mn-Mg、Al-Pd-Mn-Zn和Al-Pd-Mn-Mg-Zn三种多元系合金的准晶形成规律、准晶态合金的成分范围和热稳定性。研究结果表明,Al-Pd-Mn-Mg系准晶态合金的成分范围基本上可按以下范围选择构成,Al:60～80(at％)、Pd:0～20(at％)、Mn:0～10(a％)、Mg:0～10(at％),而Al-Pd-Mn-Zn为Al:60～75(at％)、Pd:0～20(at％)、Mn:0～10(at％)、Zn:0～10(at％),Al-Pd-Mn-Mg-Zn为Al:60～5(at％)、Pd:0～20(at％)、Mg:0～5(at％)、Zn:0～5(at％)。三种系列的准晶态合金均为非热稳定性准晶,其晶化温度约为673～873K左右。     

Al-Cu-Fe-Zn系准晶的形成规律研究

本文通过快速冷凝方法制得了Al-Cu-Fe-Zn系合金粉末。这种快冷合金粉末在室温下为准晶相和晶态相共存结构,当把粉末加热到773K左右时,晶态相开始消失并且转变为准晶相,加热到1000K晶态相基本上完全转变为准晶相,继续升温准晶相又逐渐减少,晶态相重新产生和增加。本文对Al-Cu-Fe-Zn系快冷合金粉末的加热相变、准晶形成规律、准晶的成分范围进行了详细的研究。     

Al_(63)Cu_(25)Fe_(12)准晶体的相变及应用研究

从应用角度出发,系统地研究了Al_(63)Cu_(25)Fe_(12)合金的相变及性能特点,并初步研究了准晶体对传统铝合金表面改性的贡献。结果表明:该合金在450℃～820℃温度区间内晶体相Al_7Cu_2Fe发生同素异构转变形成稳定I相,具有较高的硬度和硬度值变化不大(650～850kgf/mm~2)的特点,可与传统铝合金复合并使其硬度和耐磨性能显著提高。     

Al-Cu-Fe-Pd-Mn和Al-Cr-Pd-Mn系准晶态合金的研究

研究了Al-Cu-Fe-Pd-Mn和Al-Cr-Pd-Mn两种多元系合金的准晶形成规律、准晶态合金的成分范围和准晶的热稳定性。研究结果表明,Al-Cu-Fe-Pd-Mn准晶态合金的成分范围基本上可按如下范围选择构成,Al:60～75(at％),Cu:0～20(at％),Fe:0～15(at％),Pd:0～20(at％),Mn:0～10(at％)。这类多元系准晶是一种热稳定性准晶。Al-Cr-Pd-Mn准晶态合金的成分范围可按如下范围选择构成,Al:65～85(at％),Cr:0～15(at％),Pd:0～20(at％),Mn:0～10(at％)。在Al-Cr-Pd-Mn多元系准晶中,当Cr含量较低时为热稳定性准晶;当Cr含量较高时为非热稳定性准晶。     

Al-Mn-Si系合金准晶的研究

本文系统研究了Al-Mn-Si系合金中准晶的形成规律和稳定性。准晶I相在Al20Mn6Si合金附近还为最佳成分区,该区合金成分的准晶I相形成能力最大,稳定性最强。而准晶I相在Al20Mn15Si合金附近,形成能力最小,稳定性最弱。通过对准晶I相晶化温度的分析指出,α(Al)相能降低准晶I相的稳定性。准晶I相存在类似非晶态的驰豫现象,驰豫之后稳定性提高。本文还给出了部分合金准晶I相晶化激活能数据。     

铝基多元系准晶合金形成规律的研究

本文是关于铝基多元系准晶合金形成规律的研究．在研究中采用了著者提出的加和原则对多元系铝基准晶的形成规律进行了解析．结果表明，某些准晶态合金可以按一定成分范围相互加和，通过快速凝固和普通熔铸等方法制备新的多元系准晶合金，同样根据准晶的加和原则，可以从某些多元系准晶预测新的基本准晶．     

准晶颗粒增强的Al基复合材料的热膨胀性能

调查研究了 3种准晶合金铸态Al65Cu2 0 Cr15、急冷态Al65Cu2 0 Cr15和铸态Al65Cu2 0 Fe15颗粒增强的铝基复合材料从室温到 5 0 0℃的热膨胀系数 ,结果表明准晶合金颗粒增强的复合材料的热膨胀系数显著低于基体材料纯铝 .且Al-Cu -Cr系准晶合金颗粒增强的铝基复合材料的热膨胀系数比Al-Cu -Fe系低 .通过理论估算 ,准晶合金具有负的热膨胀系数 ,Al-Cu -Cr系准晶合金的热膨胀系数比Al-Cu -Fe系低 .在Al -Cu -Cr系 ,准晶含量越高 ,其热膨胀系数越低