非晶AlNiLa初始晶化行为的结构起源探究

用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry, DSC),同步辐射高能X射线衍射(high energy X-ray diffraction, HEXRD),反蒙特卡洛(reverse Monte Carlo, RMC)模拟及Voronoi tessellation等方法研究了Al85.5Ni7.5La5M2(M=Si, Ni, Co, Fe)合金初始晶化行为过程中的原子结构演化差异。DSC测试结果表明Si, Fe及Co置换Ni后体系的初始晶化行为均发生了显著改变,其中Si及Fe置换Ni后体系初始晶化温度(Tx1)分别降低了67℃和15℃,而Co置换Ni后体系Tx1增大了33℃。经RMC模拟及Voronoi tessellation分析可知,合金元素的添加并未显著改变合金的原子拓扑结构组成,因此合金的初始晶化行为差异并非起源于合金的原子拓扑结构构成。进一步分析表明,合金的初始晶化行为与体系平均键长和混合焓(ΔHmix)相关,而与混合熵及合金元素半径关系不大。Tx1随体系平均键长的增大而降低,并且与ΔHmix符合抛物线方程Tx1=-274.3(ΔHmix)2-7542.3ΔHmix-51552.0。当合金混合焓达到一个稳定值时,合金具有较为稳定的结构,热稳定性较高。过高或者过低的混合焓均不利于稳定结构的构成,使得合金在较低温度下便启动晶化过程。