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Zr基块状非晶合金及其复合材料的制备与力学性能

文献类型:学位论文

作者董文卜
学位类别博士
答辩日期2006-06-16
授予单位中国科学院金属研究所
授予地点金属研究所
导师张海峰
关键词块状非晶 非晶形成能力 力学性能
学位专业材料学
中文摘要块体非晶合金具有高强度、高硬度、低弹性模量、极大的弹性应变和粘滞态下良好的成型性等独特的性能,在过去十几年中引发了材料科学工作者的极大兴趣与广泛重视。作为一种潜在的结构和功能材料,如何提高非晶合金的非晶形成能力,并改善其力学性能一直是该领域的研究热点。本文采用电弧熔炼加铜模铸造技术,制备了Zr基块体非晶合金;采用X射线衍射、差分扫描量热分析、金相、扫描电镜、高分辨透射电镜等检测技术对样品进行结构表征;通过压缩和硬度试验,对样品进行压缩性能和硬度等力学性能的测试。主要的工作内容和研究结果包括以下几个方面: (1)制备了具有良好压缩塑性的Zr62Cu15.4Ni12.6Al10块体非晶合金。直径为1.5mm和2mm非晶样品的屈服强度分别为1910MPa和1890 MPa,塑性应变分别为13.5%和14.5%。该合金塑性的改善可归因于非晶结构中存在的2-5nm大小的纳米晶与剪切带的交互作用。一方面,纳米晶促进剪切带的形核,另一方面阻碍剪切带的扩展并导致剪切带分叉,使剪切带数目增加,应变分布得更均匀。与文献报道的Zr基纳米晶/非晶合金相比,该合金的塑性要好得多,因此具有较大的应用前景。(2)为提高Zr62Cu15.4Ni12.6Al10合金的非晶形成能力,研究了Nb对Zr62-xNbxCu15.4Ni12.6Al10合金非晶形成能力、热稳定性及力学性能的影响。当Nb含量较低时,合金的非晶形成能力增强;Nb含量为5 at%时,合金的非晶形成能力最大,临界直径为12 mm;Nb含量为2.5 at%时 合金具有最宽的过冷液相区105K, 因而具有最高的热稳定性。少量的Nb(<2.8at%)提高了Zr62-xNbxCu15.4Ni12.6Al10块体非晶合金的屈服强度;随Nb含量的增加,压缩强度随之降低,压缩塑性则急剧下降。其原因是,一方面,在Nb含量很少时,由于非晶度的提高,减少了非晶中纳米晶的数量,导致塑性下降,另一方面,当Nb含量较高时,形成准晶或晶态相的倾向增大而导致塑性降低。 (3)为进一步改善Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10合金的非晶形成能力,研究了微量Y对Zr57-xNb5Cu15.4Ni12.6Al10Yx非晶合金非晶形成能力、热稳定性及力学性能的影响。添加0.5 at% Y可降低合金的液相线温度,提高合金的非晶形成能力; 添加1.0 at% Y则降低合金的非晶形成能力。微量Y降低了非晶合金的热稳定性,对合金的力学性能影响很小。 (4)为了提高Zr62Cu15.4Ni12.6Al10合金的非晶形成能力,同时改善其力学性能,制备了临界直径最大可达7mm的(Zr62Cu15.4Ni12.6Al10)100-xTax非晶基复合材料。非晶基体中溶入2.4-4.6 at% Ta, 使玻璃化转变温度Tg和晶化温度Tx提高了20 K,改善了合金的非晶形成能力和热稳定性。所制备的复合材料具有较高的强度和良好的塑性,最大塑性变形可达22.5%。非晶基体中原位析出的体心立方结构的富Ta相使剪切带形核位置增加,阻碍剪切带的扩展,并通过自身的塑性变形和加工硬化对材料的力学性能做出贡献。本工作发现富Ta相在非晶合金制备过程中确实发生了部分溶解,从而澄清了关于富Ta相在非晶合金制备过程中不发生溶解的错误认识.
语种中文
公开日期2012-04-10
页码99
源URL[http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16935]  
专题金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
董文卜. Zr基块状非晶合金及其复合材料的制备与力学性能[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006.

入库方式: OAI收割

来源:金属研究所

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