CN101788281B - 非晶合金自由体积的测定方法 - Google Patents
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Abstract
非晶合金自由体积的测定方法，其特征在于包括：把待测定的非晶合金试样(3)放置在一个炉体(1)中，所述炉体中设置有：加热单元(2)，用于对所述试样进行加热；温度测量装置(4)，用于测量所述试样的温度；把一个推杆(5)的一端抵在所述试样上，所述推杆用热膨胀可忽略的材料制成；把所述推杆的另一端被置于一个位移传感器(6)的检测范围内，从而通过用所述位移传感器检测所述推杆的该另一端的位移，而检测所述试样的线热膨胀量；用一个数据处理单元(7)对所述位移传感器(6)的输出和所述温度测量装置(4)的测量输出进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金自由体积的测定方法。
背景技术
非晶合金自由体积是一个非常重要的参数。对于非晶合金自由体积的测定，现有技术中有大量积极的尝试，但并没有非常令人信服和满意的方案。
发明内容
本发明人经过大量深入的实际测定和研究，发现非晶合金的热膨胀行为曲线具有如下特性：
在热膨胀系数曲线中的Tg以下的区域，随着温度的增加，实际非晶合金的热膨胀系数比相应的理想非晶合金的热膨胀系数小，造成了实际非晶合金的体积热膨胀量小于对应的理想非晶合金的体积热膨胀量，而产生了一个对应的(相对)线热膨胀量差，这个(相对)线热膨胀量差，尤其是其所对应的相对体积热膨胀量差，表征了非晶合金的自由体积。
由此，本发明人提出了一种新颖的非晶合金自由体积测定方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种非晶合金自由体积的测定方法，其特征在于包括：
把待测定的非晶合金试样放置在一个炉体中，所述炉体中设置有：
加热单元，用于对所述试样进行加热；
温度测量装置，用于测量所述试样的温度；
把一个推杆的一端抵在所述试样上，所述推杆用热膨胀可忽略的材料制成；
把所述推杆的另一端被置于一个位移传感器的检测范围内，从而通过用所述位移传感器检测所述推杆的该另一端的位移，而检测所述试样的线热膨胀量，
用一个数据处理单元对所述位移传感器的输出和所述温度测量装置的测量输出进行处理。
附图说明
图1显示了根据本发明的一个实施例的非晶合金自由体积的测定方法的流程图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的非晶合金自由体积的测定设备的配置示意图；
图3显示了在5K/分钟和96kPa施加应力下测得的Ti41.5Cu42.5Zr2.5Ni7.5Hf5Si1非晶合金的热膨胀曲线和热膨胀系数曲线；
图4显示了在5K/分钟和96kPa施加应力下测得的(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5非晶合金的热膨胀曲线和热膨胀系数曲线。
图5是图2所示的非晶合金自由体积的测定设备中的数据处理单元的一个实施例所包括的部分的框图。
具体实施方式
在如图2示意显示的根据本发明的一个实施例的非晶合金自由体积的测定设备中，非晶合金试样3被安放在炉体1中。炉体1中设置有围绕试样3的加热单元2。热电偶4被用来测量试样3的温度。
推杆5用热膨胀可忽略的材料(如氧化铝)制成；推杆5的一端抵在试样3上；在本发明的实施例中，使推杆5向试样3施加一个应力(如96kPa)；推杆5的另一端被置于一个位移传感器6的检测范围内，从而通过用位移传感器6检测推杆5的该另一端的位移，而检测试样3的线热膨胀量。
位移传感器6的检测结果被送到数据处理单元7。热电偶4的测量结果也被送至数据处理单元7。
测试从一个起始温度Ts(通常是一个室温温度)开始。
炉体1内充有氩气8。
图5显示了根据本发明的一个实施例的数据处理单元7所包括的部分的框图。
如图5所示，热膨胀系数确定部分53根据来自位移传感器6的位移传感器测量数据和来自热电偶4的热电偶测量数据，确定试样在各个测试温度点的热膨胀系数。
实际线热膨胀量确定部分52根据预先确定的试样玻璃转变点温度值Tg和测量起始温度Ts，确定与温度范围Tg-Ts所对应的实际测得的试样线热膨胀量。
理想线热膨胀量确定部分56，根据起始温度值Ts、预先确定的玻璃转变温度值Tg、以及温度范围Ts-T0内的热膨胀系数即理想热膨胀系数α，计算理想线热膨胀量ΔLc＝αΔTL0(其中ΔT＝Tg-Ts，L0为非晶合金试样的原始长度)。
线热膨胀量差确定部分57根据理想线热膨胀量确定部分56和实际线热膨胀量确定部分52的输出结果，确定线热膨胀量差δ，即温度范围Tg-Ts内理想线热膨胀量与实际测得的线热膨胀量之差。
以下描述根据本发明的一个实施例的工作过程。
在如图1所示的根据本发明的一个实施例测定过程里，对制备非晶合金试样(例如，尺寸为φ2×25mm的试样)进行自由体积的测定，包括：
-利用如图2所示意显示的设备，对块体非晶合金试样进行热膨胀测试(图1中步骤S2)。
在本发明人实际进行的试验中，所用的热膨胀仪型号为DIL 402C，试样尺寸为φ2×25mm。
测试从一个起始温度Ts(通常是一个室温温度)开始。
-根据上述测试结果，由数据处理单元7获得非晶合金试样的热膨胀曲线(S3)。
图3和4分别显示了Ti41.5Cu42.5Zr2.5Ni7.5Hf5Si1非晶合金和(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5非晶合金的热膨胀曲线；其中，加热速率为5K/分钟，推杆所施加应力为96kPa。
-由热膨胀曲线的数据对温度求导，得到热膨胀系数曲线(步骤S5)。
-图3、4分别显示了Ti41.5Cu42.5Zr2.5Ni7.5Hf5Si1非晶合金和(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5非晶合金的热膨胀系数曲线。
-确定非晶合金试样在Tg-Ts温度段的理想线热膨胀量ΔLc(步骤S8)，计算公式如下：
ΔLc＝αΔTL0
其中：
L0：非晶合金试样的原始长度；
ΔT＝Tg-Ts温度段的温度范围值。
-由试验结果确定非晶合金试样在Tg-Ts温度段的实际线热膨胀量ΔLT(步骤S9)。
-计算与自由体积相关的线热膨胀量差δ(步骤S10)，计算公式如下：
δ＝ΔLc-ΔLT＝αΔTL0-ΔLT
本发明人由该δ计算公式计算出两种Ti基非晶合金试样(原始长度均为25mm)与自由体积相关的线若膨胀量差δ分别为：
Ti41.5Cu42.5Zr2.5Ni7.5Hf5Si1非晶合金试样为0.007mm，和
(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5非晶合金为0.012mm。
如此，
对于Ti41.5Cu42.5Zr2.5Ni7.5Hf5Si1非晶合金试样，相对线热膨胀量差为：δ/初始试样长度＝0.007/25＝0.00028＝0.028％；即实际线热膨胀量为理想线热膨胀量的99.972％，对应地，实际体积热膨胀量为理想体积热膨胀量的100％x(0.99972)3＝99.916％，即相对体积热膨胀量差为0.084％。
对于(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5非晶合金试样，相对线热膨胀量差为：δ/初始试样长度＝0.012/25＝0.00048＝0.048％；即实际线热膨胀量为理想线热膨胀量的99.952％，对应地，实际体积热膨胀量为理想体积热膨胀量的100％x(0.99952)3＝99.808％，即相对体积热膨胀量差为0.192％。
相对体积热膨胀量差的近似表示是：
相对体积热膨胀量差＝(1-(1-δ/初始试样长度)3)x100％
根据本发明的一个具体实施例，相对体积热膨胀量差的计算可以由线热膨胀量差确定部分57进行。
由于非晶合金中存在自由体积，一部分热膨胀被自由体积所“吸收”，导致了实际测得的线热膨胀量小于“理想线热膨胀量”ΔLc＝αΔTL0，而理想线热膨胀量与实际测得的线热膨胀量之差δ，尤其是对应的上述相对体积热膨胀量差，就是这种“吸收”的“能力”的度量：自由体积越大则“吸收能力”越大，δ和对应的相对体积热膨胀量差也相应地越大。因此，该对应的相对体积热膨胀量差(1-(1-δ/初始试样长度)3)x100％表示了非晶合金的自由体积。
以上结合具体实施例对本发明进行了描述，但应当理解的是，本发明不限于上述具体描述的实施例，相反，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以对本发明进行各种变形、替换和/或修正，这些变形、替换和/或修正均属于所附权利要求书所限定的本发明的范围。
Claims (2)
1.非晶合金自由体积的测定方法，其特征在于包括：
把待测定的非晶合金试样（3）放置在一个炉体（1）中，所述炉体中设置有：
加热单元（2），用于对所述试样进行加热；
温度测量装置（4）,用于测量所述试样的温度；
把一个推杆（5）的一端抵在所述试样上，所述推杆用热膨胀可忽略的材料制成；
把所述推杆的另一端被置于一个位移传感器（6）的检测范围内，从而通过用所述位移传感器检测所述推杆的该另一端的位移，而检测所述试样的线热膨胀量；
用一个数据处理单元（7）对所述位移传感器（6）的输出和所述温度测量装置（4）的输出进行处理，所述数据处理单元（7）所进行的所述处理包括：
根据所述试样的玻璃转变点温度Tg，确定与温度范围Tg－Ts所对应的实际测得的线热膨胀量，其中Ts是测量起始温度；
根据所述起始温度Ts、所述玻璃转变点温度Tg、在温度Ts的热膨胀系数即理想热膨胀系数α，计算所述试样的理想线热膨胀量ΔLc=αΔTL0，其中ΔT=Tg－Ts，L0为所述非晶合金试样在温度Ts下的长度即初始长度；以及
根据所述实际测得的线热膨胀量和所述理想线热膨胀量，确定所述理想线热膨胀量与所述实际测得的线热膨胀量之差δ，
以及
计算：
相对体积热膨胀量差=（1－（1－δ/初始试样长度）3）x100％
该相对体积热膨胀量差表示了所述试样的自由体积。
2.根据权利要求1所述的非晶合金自由体积的测定方法，进一步包括：
用所述加热单元（2）以一个恒定的加热速率对所述试样进行加热，
用所述推杆对所述试样施加一个恒定的作用力，
把惰性气体充入所述炉体内，
其中所述起始温度Ts为一个室温。
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