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主營(yíng)產(chǎn)品： 平原型空盒大氣壓計(jì),固液體比重計(jì) |
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2016-8-5 閱讀(658)
Ti-50Al和Ti-4l-8Nb合金在鋅液中的腐蝕行為，并測(cè)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(shù)分別計(jì)算了合金基體和缺陷態(tài)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(dāng)Ti和Al組成TiAl合金時(shí)，Ti原子和A1原子的部分價(jià)電子被局域化，TiAl合金中金屬鍵和其價(jià)鍵共存。TiA1合金晶界缺陷的開(kāi)空間較大，晶界缺陷處的自由電子密度較低，金屬鍵結(jié)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(duì)鈦鋁基合金的溶解速度。
中圖法分類號(hào)：TG收到初稿日期：2006-05-22；收到修改稿日期：2007-03-11基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50274005）13Al核外有13個(gè)電子，價(jià)電子3s23pNb：4d45sZn：3d104s2；由于我們沒(méi)有高純金屬Nb的標(biāo)樣，沒(méi)法對(duì)其特征譜進(jìn)行測(cè)量，可參照的結(jié)果。
對(duì)0和r樣品，從峰的形狀及峰的高度等信息來(lái)看，CDB圖主要處在Ti和Al單晶CDB之間，表現(xiàn)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(méi)幾率降低，峰幅度降低。同時(shí)在10.7X10-3W0c處，d電子的峰信息相對(duì)Ti明顯向低動(dòng)量端前移，表明是正電子與核芯電子的湮沒(méi)。因?yàn)镹b-4d電子相對(duì)于電子受原子核的束縛較弱，動(dòng)量較低，在動(dòng)量空間更加局域化，導(dǎo)致Nb的4d動(dòng)量分布相對(duì)Ti-3d向低動(dòng)量方向移動(dòng)。
對(duì)2樣品結(jié)合Zn的CDB曲線，說(shuō)明樣品經(jīng)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(xiàn)出大量Zn的正電子湮沒(méi)信息，由于Zn含有10個(gè)3d.2樣品相對(duì)于1樣品來(lái)說(shuō)，經(jīng)腐蝕后，缺陷變大變多，從而導(dǎo)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(jìn)行三壽命擬合，得到正電子三壽命組分壽命（；）和相應(yīng)的強(qiáng)度（；/3）所得壽命譜擬和結(jié)果，扣除源成分。每條壽命譜的第3組壽命巧及強(qiáng)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(méi)的結(jié)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(qiáng)度按：對(duì)正電子壽命重新歸一化，得到下表所示的正電子壽命參數(shù)。以及平均壽命，第2組壽命對(duì)應(yīng)正電子在合金樣品中缺陷態(tài)的湮沒(méi)。
同時(shí)根據(jù)兩態(tài)捕獲模型，可計(jì)算出正電子在合金基體中的壽命以及湮沒(méi)率（4）：第2組分壽命T2是正電子在合金缺陷態(tài)湮沒(méi)的壽命，正電子在合金缺陷態(tài)中的湮沒(méi)率Xd=1/T2.正電子壽命提供了它被湮沒(méi)前所在環(huán)境的電子密度的信息。正電子湮沒(méi)率是電子密度的函數(shù)。在一個(gè)理想晶體中，熱化后的正電子受到正離子的排斥，在湮沒(méi)前，其大部分時(shí)間通常處于晶格的間隙位置中，隨后與擴(kuò)展Bloch態(tài)電子湮沒(méi)。換句話說(shuō)，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(jīng)驗(yàn)公式：=（X-2）/134，利用合金基體和缺陷態(tài)的正電子湮沒(méi)率Xb和Xd可分別計(jì)算出相應(yīng)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(hào)用au表示），對(duì)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(méi)率和自由電子密度列于表2.由于樣品已經(jīng)過(guò)充分退火，大部分的空位、位錯(cuò)已經(jīng)回復(fù)，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(méi)的壽命。表2中的數(shù)據(jù)表明，所測(cè)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(kāi)空間的增大而增長(zhǎng)。因此，TiA1合金晶界缺陷的開(kāi)空間大于金屬A1單空位。TiA1合金晶界缺陷的這種結(jié)構(gòu)特征可能與組成合金的Ti原子和A1原子之間的鍵合狀態(tài)有關(guān)。Ti原子（其電子構(gòu)型為1s22s22p63s23p63d24s2）由于其3d電子的局域性，當(dāng)他和多價(jià)元素Al（其電子構(gòu)型為）組成TiA1合金時(shí)，合金中的（A1）3p-（Ti）3d的鍵級(jí)較大，而且方向性較強(qiáng)，表現(xiàn)出共價(jià)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(jià)鍵共存。由于共價(jià)鍵的結(jié)合力較強(qiáng)，而且有良好的空間方向性，因而使TiA1合金表現(xiàn)出長(zhǎng)程有序的特點(diǎn)，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(nèi)部的原子排列高度有序，晶界處的原子不易發(fā)生弛豫，導(dǎo)致晶界容易形成開(kāi)空間較大的空洞，并造成晶界處的價(jià)電子密度低，正電子在合金晶界缺陷處的壽命較長(zhǎng)。
表1 0、1、2樣品的正電子壽命譜參數(shù)，基體和缺陷態(tài)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(jié)合力越強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：所有測(cè)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(jié)合力弱化的區(qū)域。合金晶界的結(jié)合強(qiáng)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(jié)合強(qiáng)度就越強(qiáng)，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(méi)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(jié)合力較弱；而且，在TiA1合金晶界處存在開(kāi)空間較大的缺陷，晶界處的電子密度較低，該處的金屬鍵結(jié)合力較弱。在TiA1合金中，通過(guò)加入適當(dāng)?shù)腘b，可望改變合金的鍵結(jié)構(gòu)和晶界結(jié)構(gòu)。
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?jǐn)?shù)）的Nb使合金基體自由電子密度升高。對(duì)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(jiàn)表2），Nb無(wú)論是替代合金中的Ti還是Al，都將比Ti或Al提供更多的價(jià)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(shí)間后擴(kuò)散層的形貌及相應(yīng)位置的元素含量。從表3可以看出A點(diǎn)的鋅含量比B點(diǎn)高很多。這說(shuō)明鋅液更容易擴(kuò)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(shù)增加，從而降低合金中形成共價(jià)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(kāi)空間變??；而且，當(dāng)Nb原子擴(kuò)散到晶界，會(huì)增加晶界處的自由電子密度，從而進(jìn)一步減慢了鋅液向鈦鋁基合金擴(kuò)散的速度。所以鋅液對(duì)Ti-4l-8Nb合金的溶解速度比Ti-50A1合金快。
3結(jié)論鋅液對(duì)TiAl基合金的腐蝕是溶解腐蝕。鋅液逐漸向合金基體擴(kuò)散，形成的擴(kuò)散層慢慢溶解到鋅液中，如此循環(huán)往復(fù)，直到合金*溶解。鋅液對(duì)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(shù)增加，從而降低合金中形成共價(jià)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(kāi)空間變?。欢?，當(dāng)Nb原子擴(kuò)散到晶界，會(huì)增加晶界處的自由電子密度，進(jìn)而進(jìn)一步減慢鋅液向鈦鋁基合金擴(kuò)散的速度。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。
