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Zr基大块非晶合金在过冷液相区的尺寸效应研究
摘要：
本文研究了Zr基大块非晶合金在过冷液相区的尺寸效应。使用高温固态熔融旋转法制备样品，并使用差示扫描量热仪、X射线衍射仪和透射电镜等技术对其进行表征。结果表明，随着样品尺寸的减小，非晶态区域的体积比例增加，晶态区域的尺寸减小，但晶粒结晶度有所增加。同时，过冷液相区的形成温度也随着样品尺寸的减小而升高，这说明了尺寸效应对非晶合金在过冷液相区的形成和稳定性具有重要影响。
关键词：Zr基大块非晶合金；尺寸效应；过冷液相区；晶态区域；结晶度
引言：
非晶合金是由两种或多种元素组成的固态合金，具有一定的非晶相区。相对于普通金属材料，非晶合金的导电性、热稳定性和力学性能都具有很大优势，因此在领域应用广泛。然而，非晶态区域的存在和稳定性是非晶合金性能的关键因素之一，而尺寸效应已经被证明可以对非晶态区域的尺寸、体积比例和结晶度等方面产生影响。本文将使用Zr基大块非晶合金为材料，研究其在过冷液相区的尺寸效应，以期提高对该类材料的认识。
实验方法：
1.材料制备：使用高温固态熔融旋转法制备Zr基大块非晶合金样品，通过调整旋转速度和铸模温度来控制样品尺寸。
2.实验仪器：使用差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）等仪器对样品进行表征。
3.实验步骤：首先，通过DSC测定过冷液相区的形成温度和热焓值。然后，使用XRD对样品的晶态区域进行结构分析。最后，使用TEM对样品的微观形貌进行观测和分析。
结果与讨论：
使用高温固态熔融旋转法制备了一系列尺寸不同的Zr基大块非晶合金样品，如图1所示。通过DSC测定了不同尺寸样品的过冷液相区的形成温度和热焓值，并用图2表示出这两个参数随样品尺寸变化的趋势。可以看出，随着样品尺寸的减小，过冷液相区的形成温度逐渐升高，而相应的热焓值有所下降。这说明了尺寸效应可以影响非晶合金在过冷液相区的形成和稳定性。具体来说，当样品尺寸较小时，表面活性较高，容易形成稳定的非晶化层，从而增大非晶态区域的体积比例。而晶态区域的尺寸也会随之减小，而晶粒结晶度却有所增加。
图1Zr基大块非晶合金样品
图2过冷液相区形成温度和热焓值随样品尺寸变化的趋势图
此外，使用XRD对样品晶态区域的结构进行了分析，如图3所示。可以看出，随着样品尺寸的减小，晶态区域内的晶粒尺寸减小，晶体形貌变得更加规整。同时，晶态区域内的结晶度也有所增加，这可能与尺寸效应促进了晶化过程国有关。
图3不同尺寸样品的XRD图谱
最后，使用TEM观察了样品的微观形貌，如图4所示。可以看出，在尺寸较大的样品中，晶态区域和非晶态区域呈现出相对清晰的界限。而在尺寸较小的样品中，晶态和非晶态区域的界限逐渐模糊，这表明非晶合金中晶态和非晶态状态的转变受到尺寸效应的影响。
图4不同尺寸样品的TEM图
结论：
本文研究了Zr基大块非晶合金在过冷液相区的尺寸效应。结果表明，随着样品尺寸的减小，非晶态区域的体积比例增大，晶态区域的尺寸减小，晶粒结构度有所提高，而过冷液相区的形成温度也随之升高。这些结果表明尺寸效应是非晶合金中晶态和非晶态状态转变的重要因素，同时也可以用于控制非晶态区域的形成和稳定性，从而提高非晶合金材料的性能。