Mg基非晶合金及其复合材料的制备与性能
文献类型：学位论文
| 作者 | 潘大刚 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-19 |
| 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 | 非晶合金 镁合金 力学性能 合金元素 复合材料 |
| 其他题名 | Preparation and Properties of Mg-based Bulk Metallic Glass |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | Mg基非晶合金具有低密度、高比强度、高弹性极限等优异的物理和力学性能，是一种极具应用前景的新型材料。然而Mg基非晶合金的室温塑性很差，极易发生脆性断裂。这种缺点严重限制了Mg基非晶合金的实际应用，使得它的各种性能优势无法充分发挥出来。 本文在研究Mg基非晶合金的微观变形与断裂机制的基础上，通过合金成分设计与复合材料制备的方法改善了Mg基非晶合金的塑性，为Mg基非晶合金的实际应用奠定了良好的基础。 本文采用高分辨扫描电镜观察了脆性Mg基非晶合金的各种断口形貌，在光滑的断口表面上发现了均匀的纳米条纹结构。通过对裂纹尖端的粘性流体进行Taylor失稳分析解释了条纹结构的形成机理，证明在非晶合金的断裂过程中存在两种相互竞争的微观机制：一种是裂纹通过粘滞流变的方式扩展以释放不断累积的应变能；另一种是显微孔洞在裂纹尖端不断形成以阻碍裂纹的快速扩展。非晶合金的断裂在宏观上表现为典型的脆性断裂，但是在微观上却又具有粘滞流变、孔洞形成等塑性断裂的特征，只不过这些塑性断裂过程都局限在了非常有限的尺寸范围内，难以对非晶合金的宏观力学行为产生明显影响。 为了改善Mg基非晶合金的力学性能，本文研究了添加Ni元素和Zr元素后合金力学性能的变化情况。加入少量Ni元素后，合金的压缩断裂强度有所提高，但塑性却降低了。这主要是由于Ni元素同时具有较高的弹性模量值和μ/B值。具有较高弹性模量值的添加元素增强了合金原子间的结合强度，赋予了合金更高的热稳定性和更高的压缩断裂强度，而较高的μ/B值使合金抵抗裂纹尖端扩张的能力降低，损害了合金的塑性变形能力。与某些组元具有正混合热的Zr元素加入后在合金基体中产生了大量细小的晶核。在变形过程中，剪切带不断遇到这些晶核并受到来自这些晶核的干扰而引发了合金的屈服现象。但是由脆性晶核所引发的屈服变形量是非常有限的，并且以严重的降低合金的非晶形成能力为代价。 为了进一步提高Mg基非晶合金的塑性性能，本文通过在合金熔炼过程中加入增强相颗粒的方法制备了各种颗粒增强的Mg基非晶合金复合材料。不同性能的颗粒增强的Mg基非晶合金复合材料表现出了显著不同的变形与断裂行为。增强相颗粒的塑性越好，复合材料的塑性性能提高的也越明显。Nb颗粒增强的Mg基非晶合金复合材料的塑性变形量超过了12%。而强度的变化趋势与此相反，增强相塑性越好的复合材料的强度增加幅度反而越小。通过向非晶合金基体中加入各种颗粒，剪切带扩展的难度增加，应变在颗粒附近累积，从而提高了复合材料的强度。通过塑性颗粒自身的变形，应力集中得以松弛，并通过塑性颗粒的变形将剪切带的不均匀应变均匀的分布到颗粒周围的基体上，促进了二次剪切带的发展，有效的抑制了剪切带的不稳定扩展，赋予了复合材料良好的塑性性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 110 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17036]  |
| 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 | 潘大刚. Mg基非晶合金及其复合材料的制备与性能[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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