CN101504382B - 一种测量非晶态合金玻璃化转变温度的热分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量非晶态合金玻璃化转变温度的热分析方法，这种基于差示扫描量热法(以下简写为DSC)或差热分析(以下简写为DTA)的测定方法，采用DSC或DTA热分析仪建立合金的热流(温差)-温度曲线，进而求得热流(温差)变化率-温度曲线，以此求出玻璃化转变的参考温度范围，在由参考温度范围确定的分析温度范围内，用最大斜率法确定玻璃化转变温度Tig或Teg；本发明采用DSC或DTA热分析仪完成此测试，克服了普通DSC或DTA法准确度和重复性不好的缺点，远比采用膨胀仪等专用仪器的应用普遍，特别适用于生产过程的炉前质量检测。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金和热分析测试技术两个领域，具体涉及一种测量非晶态合金玻璃化转变温度的热分析方法。
背景技术
非晶合金具有很好的综合力学性能和独特的物理化学性能，未来应用前景广阔。玻璃化转变温度Tg是衡量合金热稳定性的重要指标之一。
目前可通过两种方法测量Tg：一是基于差示扫描量热仪(以下简写为DSC)和差热分析仪(以下简称为DTA)的热分析方法，其原理是利用合金在玻璃化转变前后热容的变化，使DSC或DTA曲线上的基线发生变化，此区域即对应于合金的玻璃化转变过程。不同合金体系基线的变化程度差别很大，有些合金的变化程度很小，尤其是部分晶化的合金，很难准确测量Tg；有些合金在玻璃化转变前后的直线段很窄，也会影响测量结果的准确性。另一种方法是采用热膨胀仪等热物性测试仪，其原理是利用与体系的自由能变化的一阶导数有关的参数，例如热膨胀系数、比热容等参数在玻璃化转变前后的明显变化来确定Tg，其准确度较高，重复性较好。
目前DSC及DTA热分析仪的应用十分普遍，许多学校、科研院所，乃至生产企业都拥有这类设备。膨胀仪等热物性测试仪器功能相对单一，应用面窄，拥有此类仪器的单位很少。测定非晶合金的玻璃化转变温度，主要还是依靠DSC及DTA热分析仪。因此，开发一种基于DSC或DTA热分析仪的、可准确测量Tg的新的热分析方法，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于差示扫描量热仪(以下简写为DSC)或差热分析仪(以下简写为DTA)的、用于测定非晶态合金玻璃化转变温度的热分析方法。
本发明提供的方法是：利用玻璃化转变过程中，热流(温差)变化率-温度曲线上的变化比热流(温差)-温度曲线上的明显的特点，建立热流(温差)-温度曲线，求得热流(温差)变化率-温度曲线；在该曲线上找出玻璃化转变对应的峰，确定峰的开始温度(Ti)、峰值温度(TP)、终了温度(Te)，从而确定参考温度范围；在稍宽于上述参考温度的范围内，用最大斜率法求得玻璃化转变温度Tig和Teg。具体步骤如下：
1.采用DSC或DTA热分析仪建立非晶合金的热流-温度曲线。
2.第1步所得曲线对温度求导，得到热流(温差)变化率-温度曲线。
3.在第2步所得的热流(温差)变化率-温度曲线上，找出玻璃化转变所对应的峰，确定峰的开始温度(Ti)、峰值温度(TP)、终了温度(Te)，从而确定参考温度范围为：[1]从起始温度(Ti)到峰值温度(TP)，[2]从峰值温度(TP)到终了温度(Te)。
4.在热流(温差)-温度曲线上，在稍宽于上述参考温度范围[1]内(从T1到T2)，用最大斜率法确定Tig；在稍宽于上述参考温度范围[2]内(从T3到T4)，用最大斜率法确定Teg。
所述第3步所指的开始温度，是指在曲线下降段(规定热流(温差)-温度曲线上的放热峰向上)最大斜率处的切线与峰开始前的基线的交点对应的温度。
所述第3步所指的终了温度，是指在曲线上升段(规定热流(温差)-温度曲线上的放热峰向上)最大斜率处的切线与峰结束后的基线的交点对应的温度。
所述第3步所指的峰值温度，是指在对应峰出现的温度范围内，曲线极值所对应的温度。
所述第4步所指的温度范围[1]，是指在热流-温度曲线上，以T1作为起始点、T2作为终了点的温度范围，其中T1＜Ti，且Ti-T1＜1℃，T2＞TP，且T2-TP＜1℃。
所述第4步所指的温度范围[2]，是指在热流-温度曲线上，以T3作为起始点、T4作为终了点的温度范围，其中T3＜TP，且TP-T3＜1℃，T4＞Te，且T4-Te＜1℃。
所述第4步所指的最大斜率法确定Tig或Teg，是指最大斜率处的切线与玻璃化转变前或转变后的基线的交点对应的温度。
本方法的优点在于：①克服了目前所用的普通热分析方法测试玻璃化转变温度时数据分散、重复性及精确度低的缺点；②采用目前使用相当普遍的DSC或DTA热分析仪完成此测试工作，比采用膨胀仪等热物性测试仪的应用前景大；
③特别适用于生产过程的质量检测。
附图说明：
图1是本发明建立的实施例1的热分析曲线。
图2是本发明建立的实施例2的热分析曲线。
图3是本发明建立的实施例3的热分析曲线。
具体实施方式
实施例1：
1.采用非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，采用水冷铜模吸铸法制备Fe-B-Y-Nb块体非晶试样；
2.采用差热分析仪在氮气氛、20℃/min、DSC模式的条件下测得步骤1所得试样的热流-温度曲线，见图1的a曲线；
3.步骤2所得的热流-温度曲线对温度求导，得到热流变化率-温度曲线，见图1的b曲线；
4.在步骤3所得的热流变化率-温度曲线上，找出玻璃化转变所对应的峰，确定峰的开始温度(Ti)为600.83℃、峰值温度(TP)为625.09℃，从而确定参考温度范围[1]为：从起始温度600.83℃(Ti)到峰值温度625.09℃(TP)；
5.在热流-温度曲线上，在稍宽于上述参考温度范围[1]内(从T1到T2)，用最大斜率法确定Tig，结果为613.41℃，见图1的a曲线。
实施例2：
1.采用非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，采用水冷铜模吸铸法制备Fe-B-Y-Nb块体非晶试样；
2.采用差热分析仪在氮气氛、30℃/min、DSC模式的条件下测得步骤1所得试样的热流-温度曲线，见图2的a曲线；
3.步骤2所得的热流-温度曲线对温度求导，得到热流变化率-温度曲线，见图2的b曲线；
4.在步骤3所得的热流变化率-温度曲线上，找出玻璃化转变所对应的峰，确定峰的开始温度(Ti)为604.08℃、峰值温度(TP)为633.95℃，从而确定参考温度范围[1]为：从起始温度604.08℃(Ti)到峰值温度633.95℃(TP)；
5.在热流-温度曲线上，在稍宽于上述参考温度范围[1]内(从T1到T2)，用最大斜率法确定Tig，结果为619.12℃，见图2的a曲线。
实施例3：
1.采用非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，采用水冷铜模吸铸法制备Fe-B-Y-Nb块体非晶试样；
2.采用差热分析仪在氮气氛、40℃/min、DSC模式的条件下测得步骤1所得试样的热流-温度曲线，见图3的a曲线；
3.步骤2所得的热流-温度曲线对温度求导，得到热流变化率-温度曲线，见图3的b曲线；
4.在步骤3所得的热流变化率-温度曲线上，找出玻璃化转变所对应的峰，确定峰的开始温度(Ti)598.44℃、峰值温度(TP)627.36℃，从而确定参考温度范围[1]为：从起始温度598.44℃(Ti)到峰值温度627.36℃(TP)；
5.在热流-温度曲线上，在稍宽于上述参考温度范围[1]内(从T1到T2)，用最大斜率法确定Tig，结果为613.40℃，见图3的a曲线。
Claims (2)
1.一种测量非晶态合金玻璃化转变温度的热分析方法，其特征在于：这种基于差示扫描量热法(以下简写为DSC)或差热分析(以下简写为DTA)的测定方法，采用DSC或DTA热分析仪建立合金的热流—温度曲线，进而求得热流变化率—温度曲线，以此求出玻璃化转变的参考温度范围，再用最大斜率法确定玻璃化转变温度Tig或Teg；具体步骤如下：
1)采用DSC或DTA热分析仪建立非晶合金的热流—温度曲线；
2)第1步所得曲线对温度求导，得到热流变化率—温度曲线；
3)在第2步所得的热流变化率—温度曲线上，找出玻璃化转变所对应的峰，确定峰的开始温度(Ti)、峰值温度(TP)、终了温度(Te)，从而确定参考温度范围为：[1]从起始温度(Ti)到峰值温度(TP)，[2]从峰值温度(TP)到终了温度(Te)；
所述的开始温度是指在热流变化率—温度曲线下降段最大斜率处的切线与峰开始前的基线的交点对应的温度；
所述的终了温度是指在热流变化率—温度曲线上升段最大斜率处的切线与峰结束后的基线的交点对应的温度；
所述的峰值温度是指在对应峰出现的温度范围内，热流变化率—温度曲线极值所对应的温度；
4)在热流—温度曲线上，在稍宽于上述参考温度范围[1]内即从T1到T2，用最大斜率法确定Tig；在稍宽于上述参考温度范围[2]内即从T3到T4，用最大斜率法确定Teg；
所述的稍宽于上述参考温度范围[1]，是指在热流—温度曲线上，以T1作为起始点、T2作为终了点的温度范围，其中T1＜Ti，且Ti-T1＜1℃，T2＞TP，且T2-TP＜1℃；
所述的稍宽于上述参考温度范围[2]，是指在热流—温度曲线上，以T3作为起始点、T4作为终了点的温度范围，其中T3＜TP，且TP-T3＜1℃，T4＞Te，且T4-Te＜1℃。
2.根据权利要求1所述的热分析方法，其特征在于：所述第4步所指的最大斜率法确定Tig或Teg，是指最大斜率处的切线与玻璃化转变前或转变后的基线的交点对应的温度。
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