【摘 要】
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非晶合金因其独特的长程无序短程有序的结构而具有优异的力学、物理和化学性能。迄今已发展出了上千种非晶合金,它们主要是以Pd、Mg、La、Zr、Cu等金属元素为基的金属基合金,而以非金属元素为基的非晶合金极少,仅有Si和Ge基非晶合金的报道。这两种非金属基合金的强度、硬度和热稳定性都明显高于相同合金系的Al基非晶合金;它们还具有远高于其它非晶合金、接近半导体的极高电阻值。但Si基非晶合金的结构稳定性差
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非晶合金因其独特的长程无序短程有序的结构而具有优异的力学、物理和化学性能。迄今已发展出了上千种非晶合金,它们主要是以Pd、Mg、La、Zr、Cu等金属元素为基的金属基合金,而以非金属元素为基的非晶合金极少,仅有Si和Ge基非晶合金的报道。这两种非金属基合金的强度、硬度和热稳定性都明显高于相同合金系的Al基非晶合金;它们还具有远高于其它非晶合金、接近半导体的极高电阻值。但Si基非晶合金的结构稳定性差,有强烈的相分离倾向,因而其非晶形成能力低。因此,研制出新型高稳定性的非金属基非晶合金,并展开其形成机理、功能特性以及化学成分和性能间相关性等问题的研究,不仅能够填补非晶合金体系的空白,也对拓宽非晶合金的研究和应用领域具有重要意义。非金属元素B在非晶合金特别是过渡族金属基合金中,是一种有效提高非晶形成能力的合金元素;与其它非金属元素相比,B具有以高浓度与过渡族金属形成非晶的特点。在Fe-B二元合金系中,形成非晶态的B含量高达35 at.%,而Co-B和Ni-B合金形成非晶态的B含量甚至超过40 at.%。利用大原子径的稀土和前过渡族金属等元素进行合金化,改善Fe-B、Co-B和Ni-B非晶形成能力,有望提高非晶合金的B含量,制备出B基非晶合金。本文在B-TM（TM=Fe,Co,Ni）非晶合金中添加稀土元素Gd,系统研究了B、Gd含量和TM元素种类对B-Gd-TM系非晶合金的形成和热稳定性的影响,制备出B基非晶合金。在此基础上,探究了B基非晶合金的维氏硬度（Hv）、电阻率（ρ）及结晶化行为,并讨论了B基与金属基非晶合金间性能的差异。主要研究结果如下:1.BxGd10Ni90-x系急冷合金在B含量为20-40 at.%的范围内可形成非晶合金。该系非晶合金的初始结晶温度（Tx）、Hv和ρ均随B含量的增加而逐渐升高,且Tx、Hv和ρ的范围分别为822-903 K、789-1122和158-288μΩcm。2.BxGd10Co90-x系急冷合金在B含量为20-50 at.%范围可形成非晶合金,非晶合金的Tx,Hv和ρ随B含量的增加而逐渐增大。B基B50Gd10Co40非晶合金的Tx、Hv和ρ分别为1061 K、1540和428μΩcm,远高于B20Gd10Co70非晶合金的886 K、932和226μΩcm。B50Gd10Co40非晶合金的结晶化过程为:非晶相→非晶+Gd B6+Co B+Co2Gd B2相→Gd B6+Co B+Co2Gd B2+Co7Gd2相。3.BxGd10Fe90-x系急冷合金可形成非晶的B含量拓宽至10-50 at.%,其Tx、Hv和ρ值随着B含量的增加而逐渐增大,其中B基B50Gd10Fe40非晶合金的Tx、Hv和ρ分别为1152 K、1581和326μΩcm。B50Gd10Fe40非晶合金对应形核和长大的表观激活能分别为672 k J/mol和751 k J/mol,远高于B20Gd10Fe70非晶合金的381 k J/mol和232 k J/mol。B50Gd10Fe40非晶合金的结晶化过程为:非晶相→非晶+Fe B+Fe3Gd相→Fe B+Fe3Gd+B4Fe Gd。4.B基B-Gd-Co/Fe系急冷合金可形成非晶的成分范围分别为B50Gd5-10Co40-45和B50Gd10-15Fe35-40,而B-Gd-Ni合金不能获得B基非晶合金。B50Gd10Fe40-xCox（x=0-40）合金中Fe,Co相互置换均可获得B基非晶合金。向B50Gd10Co40合金中添加2.5 at.%的Ta元素仍可获得B基非晶合金,其Tx和Hv较B50Gd10Co40非晶合金分别提高至1098 K和1603,而ρ降低至353μΩcm。5.B基B-Gd-TM-（Ta）系非晶合金具有高热稳定性、高硬度和高电阻率等性能特点,它们的Tx、Hv、ρ值范围分别为949-1155 K、1370-1647、286-511μΩcm,其中,ρ值远高于金属基非晶合金。
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