作者：张毅
近年来的研究表明，非晶合金与其熔体之间存在结构关联。通过熔体过热处理可提高熔体结构的均匀性，减少甚至消除合金熔体结构中的外来杂质和高熔点物质，从而改善非晶形成能力( GFA) 和热稳定性。提高合金熔体温度有利于增加非晶合金的临界尺寸；利用熔体的充分过热和结构变化，促进了非晶合金的形成，提高了其GFA和热稳定性。
本课题以Cu50Zr50为研究对象，采取单辊旋淬法，选择不同的熔体温度制备非晶薄带。通过晶化试验和退火试验研究了熔体温度对Cu50Zr50非晶晶化激活能和热稳定性的影响。
1 试验材料与方法
将纯度高于99. 9%的纯金属Cu、Z r按名义成分Cu50Zr50（摩尔分数）配制，在高纯氩气保护下辅以电磁搅拌反复熔炼5次，获得成分均匀的合金铸锭。将熔炼好的合金铸锭破碎、清洗后分成3份放入下端带有喷嘴的石英管内进行感应熔炼，通过调整感应电流的大小控制熔体温度。当熔体温度达到1 323、1 523和1623 K时保温1 min，以单辊旋淬法制备厚度约为50 um的非晶薄带，其中铜辊的转速为28.8 m/s。使用红外测温仪测量熔体温度。
采用D/MAX-2500V型X射线衍射仪标定制备的薄带为非晶。为了计算不同试样的晶化激活能，表征初始晶化时所需克服的能量势垒，采用HCT-2型差示扫描量热仪对制备的非晶合金进行差热分析，考察非晶在晶化过程中的热力学参数的变化，扫描速率分别为5、10、20和40 K/min。采用管式电阻炉通氩气保护进行等温退火，考察非晶合金在一定温度退火不同时间的热稳定性。退火温度为693 K，退火时间分别为5、10和30 min。
2 结果与讨论
图1为3个不同熔体温度制备的合金条带的XRD图谱。可以看出，衍射谱中都没有表征晶体结构的尖锐衍射峰出现，只有在
≈380附近存在一个很宽的衍射峰，表明所制备的合金条带为非晶态。
图2为不同熔体温度制备的CU50Zr50非晶合金在不同加热速率下的DSC曲线。由图2可见，所有DSC曲线均具有明显的晶化放热峰，图2中T x特征参数依据相应转变作两条切线交点的方法标定。
非晶合金连续加热过程中的表观激活能E可通过Kissinger方程确定：
从表1中可知，同一升温速率下的晶化转变温度T x随着熔体温度的升高而升高，而非晶开始晶化温度T直接反映其热稳定性的高低，T x越大，热稳定性越好。说明升高熔体温度有助于提高非晶热稳性。随着熔体温度的升高，相应的晶化激活能增大，且在1 623 K下制备的非晶的晶化激活能远远大于1 323 K下制备的非晶的晶化激活能。而晶化激活能反映了晶化时所需要克服的能量势垒，晶化激活能越大，晶化时所需要克服的能量势垒就越大。说明熔体在较高温度下制备的非晶抵抗晶化的能力提高，且熔体温度越高，抵抗晶化的能力越强，非晶的热稳定性越好。其原因为，在1 323 K时，熔体中含有大量稳定存在的富Cu的短程有序团簇，在冷却过程中这些有序团簇会诱导晶化的发生。而当温度升高到1 523 K时，某些局域有序团簇分解消失，熔体逐渐均匀化。而当熔体温度升高到1 623K时，熔体中的有序团簇进一步分解，且伴随着一些高熔点化合物的分解，原子团簇尺寸变小，熔体混乱度及均匀程度增大，熔体结构与性质状态的改变使冷却过程中结晶相形核变得困难，抵抗晶化的能力增强，越有利于非晶态的形成。基于合金熔体“遗传性”的本质，制备非晶的熔体越无序，形成非晶的结构也越无序，非晶中的短程有序越少，异质形核的核心就越少，就越不利于非晶晶化，非晶的热稳性就越好。非晶合金的热稳定性在某种程度上可以反映合金GFA的强弱，热稳定性越好，GFA越强。
为了进一步考察不同熔体温度对非晶热稳定性的影响，选取1323 K和1 623 K下制备的非晶合金在693 K下，退火5、10和30 min后的XRD见图4。
从图4可以看出，1 323 K制备的非晶合金在693 K下退火5 min后XRD曲线仍为典型的非晶漫散射峰，表明此时合金仍为非晶状态；当退火10 min时，XRD曲线在
≈ 400位置出现异常，表明合金开始晶化；当退火30min时XRD曲线上已经出现了较明显的晶化峰。1
623 K制备的非晶合金在693 K下退火30 min内3个试样的XRD曲线均为典型的非晶漫散射峰，表明合金仍保持完全的非晶状态，非晶还未开始晶化。
3 结 论
(1)通过拟合计算发现，制备非晶合金的熔体温度越高，非晶晶化激活能越高，非晶形核所需要克服的能量势垒越大，原子的移动能力越低，非晶合金越不易形核晶化。
(2)通过退火试验进一步证明，制备Cu50 Zr50非晶合金的熔体温度越高，抵抗晶化的能力越强，热稳定性越好。
4摘要通过拟合计算和退火的方法研究了熔体温度对Cu50Zr50非晶的晶化激活能和热稳定性的影响。结果表明，熔体温度越高，非晶晶化激活能越高，非晶形核所需要克服的能量势垒越大，原子的移动能力越低，非晶越不易形核晶化，非晶的热稳定性越好。
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