机械合金化Fe100-xCux体系的X射线吸收精细结构研究

范江玮; 张新夷; 闫文胜; 韦世强; 李玉芝; 崔宏滨; 刘文汉

doi:10.7498/aps.50.758

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机械合金化Fe100-xCux体系的X射线吸收精细结构研究

范江玮 , 张新夷 , 闫文胜 , 韦世强 , 李玉芝 , 崔宏滨 , 刘文汉

凝聚物质：结构、热学和力学性质

机械合金化Fe100-xCux体系的X射线吸收精细结构研究

范江玮, 张新夷, 闫文胜, 韦世强, 李玉芝, 崔宏滨, 刘文汉

物理学报. 2001, 50(4): 758-764.

doi: 10.7498/aps.50.758.

摘要
利用X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究机械合金化制备的Fe100-xCux(x=0,10,20,40,60,70,80,100,x为原子百分比)合金中Fe和Cu原子的局域环境结构.对于Fe100-xCux(x≥40)二元混合物,球磨160h后,Fe原子的近邻配位结构从bcc转变为fcc,但Cu原子的近邻结构保持其fcc不变.与之相反,在Fe80Cu20和Fe90Cu10(x≤20)合金中,Fe原子的近邻配位保持其bcc结构而Cu原子的近邻配位结构从fcc转变为bcc结构.XAFS结果还表明,fcc结构的Fe100-xCux样品中Fe的无序因子σ(0.0099nm)比bcc结构的Fe100-xCux中的σ(0.0081nm)大得多;并且在机械合金化Fe100-xCux(x≥40)样品中Fe原子的σ(0.0099nm)比其Cu原子的σ(0.0089nm)大.这表明机械合金化Fe100-xCux样品中Fe和Cu原子可以有相同的局域结构环境但不是均匀的过饱和固溶体,而是由Fe富集区和Cu富集区组成的合金.我们提出互扩散和诱导相变机理来解释在球磨过程中Fe100-xCux合金产生从bcc到fcc和从fcc到bcc变化的结构相变

关键词:
XAFS /

Fe100-xCux合金 /

机械合金化
作者及机构信息
范江玮¹,

张新夷¹,

闫文胜²,

韦世强²,

李玉芝³,

崔宏滨⁴,

刘文汉⁴

(1)中国科学技术大学国家同步辐射实验室,合肥230029; (2)中国科学技术大学国家同步辐射实验室,合肥230029;中国科学技术大学物理系,天文与应用物理系,合肥230026; (3)中国科学技术大学结构分析开放实验室,合肥230026; (4)中国科学技术大学物理系,天文与应用物理系,合肥230026

基金项目: 中国科学院“百人计划”;国家自然科学基金(批准号:19604011)资助的课题.
参考文献

施引文献

[1]	殷士龙, 范江玮, 闫文盛, 韦世强, 刘文汉, 卞　清. XAFS和XRD研究高能球磨对Fe70Cu30合金结构的影响. 物理学报, 2004, 53(2): 514-520. doi: 10.7498/aps.53.514
[2]	王晓光, 闫文胜, 徐法强, 陈昌荣, 孙剑威, 刘文汉, 韦世强. XAFS研究Ni-P和Ni-Ce-P超细非晶合金的退火晶化. 物理学报, 2000, 49(10): 1988-1994. doi: 10.7498/aps.49.1988
[3]	任榕, 吴玉程, 汤文明, 汪峰涛, 郑治祥. 退火诱导机械合金化Fe42.5Al42.5Ti5B10合金的结构演变与晶粒生长动力学. 物理学报, 2008, 57(9): 5774-5781. doi: 10.7498/aps.57.5774
[4]	张忻, 李佳, 路清梅, 张久兴, 刘燕琴. (Bi1-x Agx)2(Te1-ySey)3粉体的机械合金化制备及其放电等离子烧结体的热电输运特性. 物理学报, 2008, 57(7): 4466-4470. doi: 10.7498/aps.57.4466
[5]	王月媛, 信江波, 荣剑英, 胡建民, 吕强. (Sb2Te3)0.75(1－x)(Bi2Te3)0.25(1－x)(Sb2Se3)x机械合金化粉体的制备及其冷压烧结样品的热电性能研究. 物理学报, 2006, 55(9): 4843-4848. doi: 10.7498/aps.55.4843
[6]	刘玮书, 张波萍, 李敬锋, 刘静. 机械合金化合成CoSb3过程中的固相反应机理的热力学解释. 物理学报, 2006, 55(1): 465-471. doi: 10.7498/aps.55.465
[7]	殷世龙, 闫文盛, 范江玮, 潘志云, 韦世强, 郝绿原, 李玉芝, 刘文汉. 退火诱导亚稳态Fe80Cu20合金固溶体的结构相变. 物理学报, 2005, 54(12): 5707-5712. doi: 10.7498/aps.54.5707
[8]	孙治湖, 叶剑, 潘志云, 韦世强, 孙玉, 朱三元, 史同飞, 刘文汉. MnxGe1－x稀磁半导体薄膜的结构研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5471-5475. doi: 10.7498/aps.56.5471
[9]	潘志云, 孙治湖, 谢治, 闫文盛, 韦世强. Si/Gen/Si(001)异质结薄膜的掠入射荧光X射线吸收精细结构研究. 物理学报, 2007, 56(6): 3344-3349. doi: 10.7498/aps.56.3344
[10]	闫文胜, 韦世强, 王文楼, 吴敏昌. 同步辐射XAFS研究高比能LiMn2O4材料的局域结构. 物理学报, 2002, 51(10): 2302-2307. doi: 10.7498/aps.51.2302
[11]	胡天斗, 殷士龙, 韦世强, 刘文汉, 刘方新, 高琛, 杨元政, 董远达. 机械合金化Fe-Cu系统的EXAFS研究. 物理学报, 1994, 43(10): 1630-1637. doi: 10.7498/aps.43.1630
[12]	白魁昌, 苏雷, 程力智, 冯威, 何开元. 机械合金化Fe-B合金的M?ssbauer谱研究. 物理学报, 1996, 45(6): 990-994. doi: 10.7498/aps.45.990
[13]	周铁军, 王敦辉, 章建荣, 都有为, 王锦辉, 陈允鸿. 机械合金化Fe-Si合金的微结构与磁性. 物理学报, 1997, 46(11): 2250-2257. doi: 10.7498/aps.46.2250
[14]	王根苗, 陈慧余, 汪卫华, 董远达. 机械合金化与FexAl100-x非晶态粉末的形成能力. 物理学报, 1990, 39(9): 1413-1417. doi: 10.7498/aps.39.1413
[15]	吴力军, 万志齐, 张恒, 张邦维. 机械合金化致二元过渡金属非晶态合金形成规律的探讨. 物理学报, 1994, 43(10): 1638-1647. doi: 10.7498/aps.43.1638
[16]	苗卫方, 李谷松, 李淑苓, 王景唐. 机械合金化非晶化过程中内应力的作用. 物理学报, 1992, 41(6): 924-928. doi: 10.7498/aps.41.924
[17]	葛振华, 张波萍, 于昭新, 刘勇, 李敬锋. 机械合金化过程对硫化铋块体热电性能的影响机理. 物理学报, 2012, 61(4): 048401. doi: 10.7498/aps.61.048401
[18]	刘方新, 王根苗, 李玉芝, 张道元, 杨元政, 董远达. 机械合金化Cu1-xSnx系的穆斯堡尔研究. 物理学报, 1994, 43(2): 327-331. doi: 10.7498/aps.43.327
[19]	金志强, 覃红侠, 章建荣, 王敦辉, 都有为. 机械合金化La0.7Ca0.3MnO3的晶化动力学及磁电阻研究. 物理学报, 1999, 48(13): 230-235. doi: 10.7498/aps.48.230
[20]	张鹏, 杜云慧, 曾大本. 电磁-机械复合场对合金凝固组织影响的研究. 物理学报, 2002, 51(3): 696-699. doi: 10.7498/aps.51.696

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物理学报. 2001, 50(4): 758-764.

doi: 10.7498/aps.50.758.

机械合金化Fe100-xCux体系的X射线吸收精细结构研究

1. (1)中国科学技术大学国家同步辐射实验室,合肥230029; (2)中国科学技术大学国家同步辐射实验室,合肥230029;中国科学技术大学物理系,天文与应用物理系,合肥230026; (3)中国科学技术大学结构分析开放实验室,合肥230026; (4)中国科学技术大学物理系,天文与应用物理系,合肥230026

基金项目:

中国科学院“百人计划”

国家自然科学基金(批准号:19604011)资助的课题.

收稿日期: 2000-09-16
修回日期: 2000-11-28
刊出日期: 2001-04-20

摘要: 利用X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究机械合金化制备的Fe100-xCux(x=0,10,20,40,60,70,80,100,x为原子百分比)合金中Fe和Cu原子的局域环境结构.对于Fe100-xCux(x≥40)二元混合物,球磨160h后,Fe原子的近邻配位结构从bcc转变为fcc,但Cu原子的近邻结构保持其fcc不变.与之相反,在Fe80Cu20和Fe90Cu10(x≤20)合金中,Fe原子的近邻配位保持其bcc结构而Cu原子的近邻配位结构从fcc转变为bcc结构.XAFS结果还表明,fcc结构的Fe100-xCux样品中Fe的无序因子σ(0.0099nm)比bcc结构的Fe100-xCux中的σ(0.0081nm)大得多;并且在机械合金化Fe100-xCux(x≥40)样品中Fe原子的σ(0.0099nm)比其Cu原子的σ(0.0089nm)大.这表明机械合金化Fe100-xCux样品中Fe和Cu原子可以有相同的局域结构环境但不是均匀的过饱和固溶体,而是由Fe富集区和Cu富集区组成的合金.我们提出互扩散和诱导相变机理来解释在球磨过程中Fe100-xCux合金产生从bcc到fcc和从fcc到bcc变化的结构相变

关键词:

English Abstract

LOCAL STRUCTURES OF MECHANICALLY ALLOYED Fe100-xCux SOLID SOLUTIONS STUDIED BY X-RAY ABSORPTION FINE STRUCTURE

1.
(1)中国科学技术大学国家同步辐射实验室,合肥230029; (2)中国科学技术大学国家同步辐射实验室,合肥230029;中国科学技术大学物理系,天文与应用物理系,合肥230026; (3)中国科学技术大学结构分析开放实验室,合肥230026; (4)中国科学技术大学物理系,天文与应用物理系,合肥230026

Received Date: 16 September 2000
Accepted Date: 28 November 2000
Published Online: 20 April 2001

Abstract: The local structures of the immiscible Fe100-xCux alloys (x=0,10,20,40,60,80 and 100)produced by mechanical alloying have been investigated by XAFS.For the Fe100-xCux(x≥40) alloys,the local structures around Fe atoms change from bcc structure to fcc one,and the Cu atoms maintain the original coordination geometry after milling for 160 h. On the contrary, the local structures around Cu atoms in both Fe80 Cu20and Fe90 Cu10 alloys appears a transition from fcc to bcc structure.We found that the disorder factor σ(0.0099nm)of fcc Fe—Cu phase is larger than that (0.0081nm) of bcc Fe—Cu phase,and the σ(0.0099nm) around Fe atoms is larger than that (0.0089nm) of Cu in the Fe100-xCux(x≥40) alloys. This suggests that the mechanically alloyed Fe100-xCux alloys is not a homogeneous supersaturated solid solution,but consists of Fe-rich and Cu-rich regions for various compositions.A possible mechanism for bcc-to-fcc and fcc-to-bcc changes in Fe100-xCux alloys is discussed in relation to the interdiffusion and transition induced by the ball milling.

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