重庆大学学报（自然科学版）.PDF

2005年 6月 重庆大学学报(自然科学版) Jun．2005 第28卷第6期 Journal of Chongqing University(Natural Science Edition) V0I．28 No．6 文章编号：1000—582X(2005)06一O044—04 Mg—Cu—La三元非品合金形成范围的热力学预测 周书才，李华基，薛寒松 (重庆大学机械工程学院，重庆 400030) 摘 要：基于分析有利于合金非晶化的热力学因素，从非晶形成的热力学观点出发，综合应用 Miedema理论和Toop模型，并考虑纯金属在不同温度下的自由能，在此基础上提出了一种定量预测三 元非晶合金形成范围的方法：通过比较晶态的自由能和相应非晶态的自由能来确定成分范围．用该方法 计算Mg—Cu—La三元合金系的非晶形成范围，并与已有的实验数据进行比较，发现二者符合得较好． 该方法对于定量预测二元及三元甚至是多元合金系非晶形成范围将有一定的指导意义． 关键词：Mg—Cu—La非晶合金；热力学；Miedema理论 中图分类号：TG146．4 文献标识码：A 自上个世纪以来，广大学者对非晶合金材料进行 热力学函数的半经验模型．而文献[13]虽采用了 了大量的研究，在合金非晶化的理论研究中，取得了大 Miedema及Toop模型，但由于未考虑纯金属在不同温 量的成果．但到目前为止，开发新的合金系统或者在已 度下的自由能，故预测范围偏宽．本文尝试以Miedema 有的合金系统中添加新的组元元素一般还是依据三个 二元合金生成热模型和Toop模型为基础，利用热力学 原则¨ ，即：一是合金由三种以上元素组成；二是组成 原理及元素的基本性质并考虑纯金属在不同温度下的 元素原子尺寸差大于12％；三是主要组成元素问的混 自由能来得到三元系合金的热力学数据，从理论上预 合焓为负值．利用这些经验原则设计和开发新的合金 测Mg—Cu—La三元合金的非晶形成成分范围，为制 系需要大量的“炒菜”工作和繁重的实验工作．最近几 备非晶态合金提供理论依据． 年，国内外的学者从不同角度对非晶形成的影响进行 1 模型的建立 了探索并提出了一些理论 -3 J，但大多数只是对二元 合金的非晶形成能力和形成范围进行了定性及定量研 合金是否形成非晶取决于合金的晶态Gibbs自由 究 ，对三元及多元合金系在定性方面研究得较 能和非晶态过剩Gibbs自由能，若非晶态的过剩Gibbs 多 引，在定量研究方面报道得较少 一引，且因基 自由能低于晶态Gibbs自由能，则该成分合金将形成 本试验数据的缺乏，实用性不强．从大块非晶合金系的 非晶态l9】．这里把Mg—Cu—La之间形成的过饱和固 制备研究方面，多元系优于二元系，但要从实验上研究 溶体按规则溶液处理，非晶态的Mg—Cu—La合金也 三元系或多元系的工作量相当大．而过饱和固溶体和 按过饱和液体处理成规则溶液．则每一相i的自由能 非晶相都是亚稳相，其形成规律可以用亚稳的热力学 G‘可以表达为¨ ： 函数来进行预测．因此利用数学模型结合计算机技术 G‘= ^G + BG + cG +△ m+ 对合金的热力学进行计算，从理论上对三元合金系非 nr(XALnx^+ BLnxB+ cLnxc)， (1) 晶形成范围进行研究已成为一种重要的研究手段，它 其中 、 分别为A、B和C组元的摩尔百分数， 具有重要的理论意义和实用价值．