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第2期 纪秀林等：以原子半径和电负性预测玻璃形成能力 .245 Ni16.45Cum0.95的GFA优于Zr63.5Al10.7Ni15.1Cu10.7, 间GFA优劣的比较是可靠的 而Zr62.5A12.1Ni17.45Cu7.95最差.Zmx反映的GFA 4 优劣与预测结果（见表3，临界冷却速度R。越小， 结论 GFA越好)基本一致，从图2还可以看出，新设计的 (1)合金组元的原子半径差与电负性差之比 四种不同Zr一A1一Ni一Cu合金中，有两种成分的 △d/△e与块体金属玻璃的临界冷却速度R。呈开口 Zmr达到约8mm,表现出较好的GFA, 向上的抛物线关系，可用y=A十B1x十B2x2的数 3.2.2DSC分析 学模型来描述，并且所得拟合曲线的相关系数高， 采用l5Kmim的升温速度，测量了已制得的 (2)制备了新的四种不同成分的Zr一A1一Ni一 四种非晶合金的有关热力学参数，所得部分特征温 Cu合金，并将分别测定的三种GFA表征参数 度及由此计算得到的过冷液相区间△T,和约化玻 (Zmx,△Tx和Tg)与△d/△e的预测结果比较.结 璃转变温度Tg列于表4.比较表4中△Tx的值 果表明，四种合金的GFA优劣顺序与预测结果一 (△Tx越大，GFA越好)，可得这四种合金的GA优 致.证明用△d/△e的预测方法比较同一合金系中 劣顺序为Zr54Al13Ni15Cu18,Zr63.5Ah10.7Ni15.1Cu10.7, 不同合金之间GFA的优劣是可靠的，从而达到指导 Zr60.5Al12.1Ni16.45Cu10.95,Zr62.5A12.1Ni17.45Cu7.95· 块体金属玻璃的成分设计的目的， 这与△d/△e的预测结果（见表3）完全一致，再比较 (3)在新的四种不同Zr一A1一NiCu合金中， 表4中Tg的值，可得这四种合金的GFA优劣顺序 Zr54Al13Ni15CuI8的GFA最佳.它的临界尺寸Zmax 为Zr54Al13Ni15Cu18,Zr60.5Al12.1Ni16.45Cu10.95, 约8mm,过冷液相区间△T.约77K,约化玻璃转变 Zr63.5Al10.7Ni15.1Cu10.7,Zr62.5Al12.1Ni17.45Cu7.95·除 温度Tg约为0.56 Zr63.5Ah0.7Ni5.1Cu10.7和Zr60.5Al12.1Ni16.45Cu10.95的 参考文献 先后顺序外，总的GFA排序与△d/△e的预测结果 [1]Wang W H.Dong C.Sheck C H.Bulk metallic glasses.Mater (表3)基本一致，△Tx和Tg在表征GFA中本身即 Sci Eng:2004.R44:45 存在误差，即GFA好的合金其△T,和Tg的值不一 [2]XiX K,Zhao D Q,Pan M X.et al.On the criteria of bulk 定同时都大.更值得注意的是，Zr63.5A10.7Ni5.1Cu10.7 metallic glasses formation in MgCu based alloys.Intermetallics. 和Zr60.5Al12.1Ni16.45CuI0.95的预测值R。非常接近 2005,13.638 (8.6Ks1与8.7Ks1,见表3).可以认为这四种 [3]杨频，高孝恢。性能一结构一化学键.北京：高等教育出版社， 1987,112 金属玻璃的预测GFA顺序与所有实测参数（包括 [4]Cai A H.Sun GX.Pan Y.Evaluation of the parameters related Zmx,△Tx和Tg)表征的GFA顺序基本吻合，因 to glass forming ability of bulk metallic glasses.Mater Des. 此，△d/△e的预测模型对同一合金系中不同合金之 2006,27:479 [5]Lu Z P.Liu C T.A new glass forming ability criterion for bulk 表4以15Kmin升温速率测得的块体金属玻璃的特征温度值 metallic glasses.Acta Mater.2002,50.3501 Table 4 Characteristic temperatures of bulk metallic glass under a [6]Lu Z P.Hu X.Li Y.et al.Glass forming ability of La-Al Ni- heating rate of 15K.min Cu and Pd Cu Si bulk metallic glasses.Mater Sci Eng.2001, 玻璃转初始晶过冷液初始熔约化玻 A304/306.679 金属玻璃 变温度，化温度，相区间，化温度，璃转变温 [7]Li Y,Ng S C.Ong C K.Glass forming ability of bulk glass Tx△TxT四度，T四 forming alloys.Scripta Mater.1997.36(7):783 Zrs4Al13NiisCu18 699.4776.877.41041.20.672 [8]Zhang Y,Zhao DQ.Pan M X.et al.Glass forming properties of Z0.5Al12.1i16.45C10.5680.2744.664.41104.70.616 Zr-based bulk metallic alloys.J Non Cryst Solids.2003,315 Z62.5A112.1Ni17.45C7.95654.473863.611110.589 (1/2):206 [9] 虞觉奇，易文质，陈邦迪，等，二元合金状态图集。上海：上海 Z63.5Al10.7i15.1Cu10.7658.3724.366.01100.30.598 科学技术出版社，1987：701Ni16∙45Cu10∙95的 GFA 优于 Zr63∙5Al10∙7Ni15∙1Cu10∙7 而 Zr62∙5Al12∙1Ni17∙45Cu7∙95最差．Zmax 反映的 GFA 优劣与预测结果（见表3临界冷却速度 Rc 越小 GFA 越好）基本一致．从图2还可以看出新设计的 四种不同 Zr－Al－Ni－Cu 合金中有两种成分的 Zmax达到约8mm表现出较好的 GFA． 3∙2∙2 DSC 分析 采用15K·min －1的升温速度测量了已制得的 四种非晶合金的有关热力学参数所得部分特征温 度及由此计算得到的过冷液相区间ΔTx 和约化玻 璃转变温度 Trg列于表4．比较表4中 ΔTx 的值 （ΔTx 越大GFA 越好）可得这四种合金的 GFA 优 劣顺序为 Zr54Al13Ni15Cu18Zr63∙5Al10∙7Ni15∙1Cu10∙7 Zr60∙5Al12∙1Ni16∙45Cu10∙95Zr62∙5Al12∙1Ni17∙45Cu7∙95． 这与Δd／Δe 的预测结果（见表3）完全一致．再比较 表4中 Trg的值可得这四种合金的 GFA 优劣顺序 为 Zr54 Al13 Ni15 Cu18Zr60∙5 Al12∙1 Ni16∙45 Cu10∙95 Zr63∙5Al10∙7Ni15∙1Cu10∙7Zr62∙5Al12∙1Ni17∙45Cu7∙95．除 Zr63∙5Al10∙7Ni15∙1Cu10∙7和 Zr60∙5Al12∙1Ni16∙45Cu10∙95的 先后顺序外总的 GFA 排序与Δd／Δe 的预测结果 （表3）基本一致．ΔTx 和 Trg在表征 GFA 中本身即 存在误差即 GFA 好的合金其ΔTx 和 Trg的值不一 定同时都大．更值得注意的是Zr63∙5Al10∙7Ni15∙1Cu10∙7 和Zr60∙5Al12∙1Ni16∙45Cu10∙95的预测值 Rc 非常接近 （8∙6K·s －1与8∙7K·s －1见表3）．可以认为这四种 金属玻璃的预测 GFA 顺序与所有实测参数（包括 ZmaxΔTx 和 Trg）表征的 GFA 顺序基本吻合．因 此Δd／Δe 的预测模型对同一合金系中不同合金之 表4 以15K·min －1升温速率测得的块体金属玻璃的特征温度值 Table4 Characteristic temperatures of bulk metallic glass under a heating rate of15K·min －1 K 金属玻璃 玻璃转 变温度 Tg 初始晶 化温度 T x 过冷液 相区间 ΔT x 初始熔 化温度 T on m 约化玻 璃转变温 度T on rg Zr54Al13Ni15Cu18 699∙4 776∙8 77∙4 1041∙2 0∙672 Zr60∙5Al12∙1Ni16∙45Cu10∙95 680∙2 744∙6 64∙4 1104∙7 0∙616 Zr62∙5Al12∙1Ni17∙45Cu7∙95 654∙4 738 63∙6 1111 0∙589 Zr63∙5Al10∙7Ni15∙1Cu10∙7 658∙3 724∙3 66∙0 1100∙3 0∙598 间 GFA 优劣的比较是可靠的． 4 结论 （1） 合金组元的原子半径差与电负性差之比 Δd／Δe 与块体金属玻璃的临界冷却速度 Rc 呈开口 向上的抛物线关系可用 y＝ A ＋B1x＋B2x 2 的数 学模型来描述并且所得拟合曲线的相关系数高． （2） 制备了新的四种不同成分的 Zr－Al－Ni－ Cu 合金并将分 别 测 定 的 三 种 GFA 表 征 参 数 （ZmaxΔTx 和 Trg）与Δd／Δe 的预测结果比较．结 果表明四种合金的 GFA 优劣顺序与预测结果一 致．证明用Δd／Δe 的预测方法比较同一合金系中 不同合金之间 GFA 的优劣是可靠的从而达到指导 块体金属玻璃的成分设计的目的． （3） 在新的四种不同 Zr－Al－Ni－Cu 合金中 Zr54Al13Ni15Cu18的 GFA 最佳．它的临界尺寸 Zmax 约8mm过冷液相区间ΔTx 约77K约化玻璃转变 温度 Trg约为0∙56． 参 考 文 献 ［1］ Wang W HDong CSheck C H．Bulk metallic glasses．Mater Sci Eng2004R44：45 ［2］ Xi X KZhao D QPan M Xet al．On the criteria of bulk metallic glasses formation in MgCu－based alloys．Intermetallics 200513：638 ［3］ 杨频高孝恢．性能－结构－化学键．北京：高等教育出版社 1987：112 ［4］ Cai A HSun G XPan Y．Evaluation of the parameters related to glass-forming ability of bulk metallic glasses． Mater Des 200627：479 ［5］ Lu Z PLiu C T．A new glass-forming ability criterion for bulk metallic glasses．Acta Mater200250：3501 ［6］ Lu Z PHu XLi Yet al．Glass forming ability of La－Al－Ni－ Cu and Pd－Cu－Si bulk metallic glasses．Mater Sci Eng2001 A304／306：679 ［7］ Li YNg S COng C K．Glass forming ability of bulk glass forming alloys．Scripta Mater199736（7）：783 ［8］ Zhang YZhao D QPan M Xet al．Glass forming properties of Zr－based bulk metallic alloys．J Non Cryst Solids2003315 （1／2）：206 ［9］ 虞觉奇易文质陈邦迪等．二元合金状态图集．上海：上海 科学技术出版社1987：704 第2期 纪秀林等： 以原子半径和电负性预测玻璃形成能力 ·245·