 |
北京北信科遠儀器有限責任公司
主營產品： 搖擺式脫色搖床,實驗室電子分析天平,一體涂層測厚儀 |
8
聯系電話
|
北京北信科遠儀器有限責任公司
主營產品： 搖擺式脫色搖床,實驗室電子分析天平,一體涂層測厚儀 |
聯系電話
2016-8-5 閱讀(804)
Ti-50Al和Ti-4l-8Nb合金在鋅液中的腐蝕行為，并測量Ti-50Al和Ti-4l-8Nb合金的正電子壽命譜，利用正電子壽命參數分別計算了合金基體和缺陷態的自由電子密度。TiAl合金自由電子密度比金屬Ti和金屬Al基體的低，當Ti和Al組成TiAl合金時，Ti原子和A1原子的部分價電子被局域化，TiAl合金中金屬鍵和其價鍵共存。TiA1合金晶界缺陷的開空間較大，晶界缺陷處的自由電子密度較低，金屬鍵結合力較弱。在TiAl合金中加入Nb元素，Ti-4l-8Nb合金基體和晶界的自由電子密度增大，明顯減慢了鋅液對鈦鋁基合金的溶解速度。
中圖法分類號：TG收到初稿日期：2006-05-22；收到修改稿日期：2007-03-11基金項目：國家自然科學基金資助項目（50274005）13Al核外有13個電子，價電子3s23pNb：4d45sZn：3d104s2；由于我們沒有高純金屬Nb的標樣，沒法對其特征譜進行測量，可參照的結果。
對0和r樣品，從峰的形狀及峰的高度等信息來看，CDB圖主要處在Ti和Al單晶CDB之間，表現為Ti和Al的信息。樣品中由于空位的存在，致使正電子與核芯電子的湮沒幾率降低，峰幅度降低。同時在10.7X10-3W0c處，d電子的峰信息相對Ti明顯向低動量端前移，表明是正電子與核芯電子的湮沒。因為Nb-4d電子相對于電子受原子核的束縛較弱，動量較低，在動量空間更加局域化，導致Nb的4d動量分布相對Ti-3d向低動量方向移動。
對2樣品結合Zn的CDB曲線，說明樣品經腐蝕以后，Zn大量聚集的空位缺陷處，與缺陷組成了空位符合體，CDB曲線在大于15X10-3W0c處表現出大量Zn的正電子湮沒信息，由于Zn含有10個3d.2樣品相對于1樣品來說，經腐蝕后，缺陷變大變多，從而導致了缺陷處自由電子密度的變小。
壽命譜的解譜采用POSITRONFIT程序進行三壽命擬合，得到正電子三壽命組分壽命（；）和相應的強度（；/3）所得壽命譜擬和結果，扣除源成分。每條壽命譜的第3組壽命巧及強度/3幾乎均在1.5ns和1%左右，這是正電子在樣品和正電子源表面上湮沒的結果。在此不考慮樣品表面的因素。將第1組壽命成分及第2組壽命成分的強度按：對正電子壽命重新歸一化，得到下表所示的正電子壽命參數。以及平均壽命，第2組壽命對應正電子在合金樣品中缺陷態的湮沒。
同時根據兩態捕獲模型，可計算出正電子在合金基體中的壽命以及湮沒率（4）：第2組分壽命T2是正電子在合金缺陷態湮沒的壽命，正電子在合金缺陷態中的湮沒率Xd=1/T2.正電子壽命提供了它被湮沒前所在環境的電子密度的信息。正電子湮沒率是電子密度的函數。在一個理想晶體中，熱化后的正電子受到正離子的排斥，在湮沒前，其大部分時間通常處于晶格的間隙位置中，隨后與擴展Bloch態電子湮沒。換句話說，在金屬或合金晶格中，正電子“看到”的主要是自由電子。根的經驗公式：=（X-2）/134，利用合金基體和缺陷態的正電子湮沒率Xb和Xd可分別計算出相應的自由電子密度叫和，其中，X的單位為（ns）-1，的單位為原子單位（符號用au表示），對于電子密度，1au=6.755X1030m-3.它們的值分別列于表1.純Ti、純Al、純Nb和純Zn金屬基體中的正電子壽命值、正電子湮沒率和自由電子密度列于表2.由于樣品已經過充分退火，大部分的空位、位錯已經回復，樣品中的缺陷主要是晶界和相界，因而T2主要是正電子在樣品晶界或相界中湮沒的壽命。表2中的數據表明，所測試合金的r2大于正電子在A1金屬單空位中的壽命值rv（A1）=240ps.正電子在合金缺陷中的壽命隨缺陷的開空間的增大而增長。因此，TiA1合金晶界缺陷的開空間大于金屬A1單空位。TiA1合金晶界缺陷的這種結構特征可能與組成合金的Ti原子和A1原子之間的鍵合狀態有關。Ti原子（其電子構型為1s22s22p63s23p63d24s2）由于其3d電子的局域性，當他和多價元素Al（其電子構型為）組成TiA1合金時，合金中的（A1）3p-（Ti）3d的鍵級較大，而且方向性較強，表現出共價鍵的特征。與其他鋁化物金屬間化合物相似，TiA1合金中金屬鍵和共價鍵共存。由于共價鍵的結合力較強，而且有良好的空間方向性，因而使TiA1合金表現出長程有序的特點，并通常具有較高的有序能。有序能較高的多晶合金，同一晶粒內部的原子排列高度有序，晶界處的原子不易發生弛豫，導致晶界容易形成開空間較大的空洞，并造成晶界處的價電子密度低，正電子在合金晶界缺陷處的壽命較長。
表1 0、1、2樣品的正電子壽命譜參數，基體和缺陷態的自由電子密度鍵的自由電子密度，參與成鍵的自由電子密度越高，原子間的金屬鍵結合力越強。本實驗結果顯示：所有測試合金晶界缺陷處的電子密度（d）均低于合金基體中的電子密度（b）（表2），這表明合金晶界是結合力弱化的區域。合金晶界的結合強度依賴于晶界處的自由電子密度，晶界處的自由電子密度越高，晶界的結合強度就越強，反之亦然。
表2純Ti、Al、Nb和Zn金屬基體中的正電子壽命、正電子湮沒率和自由電子密度由表1和表2可知，TiAl合金基體的自由電子密度比純金屬Ti和純金屬A1基體的低，合金基體中的金屬鍵結合力較弱；而且，在TiA1合金晶界處存在開空間較大的缺陷，晶界處的電子密度較低，該處的金屬鍵結合力較弱。在TiA1合金中，通過加入適當的Nb，可望改變合金的鍵結構和晶界結構。
從表1可以看出，Ti-4l-8Nb合金基體的自由電子密度比Ti-4l合金基體的高。這表明，在TiAl合金中加入8%（摩爾分數）的Nb使合金基體自由電子密度升高。對于Ti-4l-8Nb合金，由于Nb金屬基體的自由電子密度比Ti或Al金屬的高（見表2），Nb無論是替代合金中的Ti還是Al，都將比Ti或Al提供更多的價電子參與形成金屬鍵，使合金基體的自由電子密度升高。
和表3是鈦鋁基合金在鋅液中浸泡相同時間后擴散層的形貌及相應位置的元素含量。從表3可以看出A點的鋅含量比B點高很多。這說明鋅液更容易擴散到Ti-50Al合金的晶界和缺陷處。由于在合金中加入Nb，使合金中參與形成金屬鍵的自由電子數增加，從而降低合金中形成共價鍵的傾向。使電荷分布均勻化并降低合金的有序能，使合金晶界容易馳豫和晶界缺陷的開空間變小；而且，當Nb原子擴散到晶界，會增加晶界處的自由電子密度，從而進一步減慢了鋅液向鈦鋁基合金擴散的速度。所以鋅液對Ti-4l-8Nb合金的溶解速度比Ti-50A1合金快。
3結論鋅液對TiAl基合金的腐蝕是溶解腐蝕。鋅液逐漸向合金基體擴散，形成的擴散層慢慢溶解到鋅液中，如此循環往復，直到合金*溶解。鋅液對Ti-50Al和Ti-4l-8Nb合金的溶解速度分別為0.083mm/h和在TiAl合金中加入Nb，使合金中參與形成金屬鍵的自由電子數增加，從而降低合金中形成共價鍵的傾向。使電荷分布均勻化并降低合金的有序能，使合金晶界容易馳豫和晶界缺陷的開空間變小；而且，當Nb原子擴散到晶界，會增加晶界處的自由電子密度，進而進一步減慢鋅液向鈦鋁基合金擴散的速度。北京富瑞恒創科技有限公司。
