晶体增韧ZrCu基块体非晶合金的制备及室温压缩性能研究

作     者：魏玄飞 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关绍康;孙玉峰

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：ZrCu基块体非晶合金 复合材料 马氏体相 压缩性能 剪切带 

摘      要：ZrCu基块状非晶合金是一种新型合金材料,因其特有的机械、化学和物理性能而备受关注。本文通过水冷铜模吸铸法,在Zr-Cu-Al体系中选择了14种成分,分别是(Zr50Cu50)Al(x=0,2,4,6,8,10)、ZrCuAl(x=0,1,2,3,4,5)和(Zr48.5Cu46.5)Al(x=5,10)(名义成分,at.%)。制备出一系列薄板状块体非晶合金,以及含有不同晶体相的复合材料。并综合利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)、力学试验机(MLT)和扫描电子显微镜(SEM)分析了块体非晶合金及其复合材料的相组织结构,热力学稳定性,玻璃形成能力和室温压缩力学性能。并由此阐明了ZrCu基块体非晶合金随Al含量的改变,合金相组织、玻璃形成能力以及室温压缩性能的变化特点,并制备出具有合适ZrCu马氏体相增强的块体非晶复合材料ZrCuAl合金。 Zr-Cu-Al块体非晶合金具有良好的玻璃形成能力。当Al含量≥6 at.%时,(Zr50Cu50)Al(x=6,8,10)和ZrCuAl(x=3,4,5)6种成分的合金为完全非晶态组织。合金成分ZrCuAl的显微组织基本为非晶态结构,只有极少量纳米尺度的B2立方结构CuZr相弥散分布。当Al含量6 at.%时,合金中出现了不同形貌的晶体相,集中分布于试样中部。其中,ZrCuAl,ZrCu和ZrCuAl,3种合金的非晶基体中析出晶体相为圆形块状ZrCu马氏体相。其他5种合金ZrCuAl,ZrCuAl,ZrCuAl和ZrCu所含晶体相为CuZr金属间化合物所组成的圆形树枝晶。除成分ZrCuAl中圆形树枝晶有部分晶体相弥散分布在试样中部区域,而其他合金中的圆形树枝晶都全部集中在试样中部。 准静态室温压缩试验结果表明,6种完全非晶结构的合金具有较高的屈服强度,并且屈服后,出现“加工软化现象,导致合金具有一定的塑性变形。3种ZrCu马氏体相增强的合金的压缩力学性能有了较大提高。其中,ZrCuAl合金提高幅度最大,断裂强度达到约2081MPa,同时塑性应变也高达约5.5%。比较国内外ZrCu基非晶合金发展现状,这是近年来所发现的压缩塑性改善最好的块体非晶合金成分之一。其塑性改善机制则是微米级马氏体相阻碍剪切带的扩展并诱发多个剪切带的产生。5种含有ZrCu圆形树枝晶的块体非晶复合材料的压缩性能基本没有提高。除了合金ZrCuAl中圆形树枝晶有部分晶体相弥散分布,使得试样出现“加工硬化行为。ZrCuAl合金由于纳米晶的含量太低,不能够阻碍非晶基体中单一剪切带的扩展,断裂为典型的脆性断裂。这表明在制备块状非晶复合材料时,必须保证复合材料中的增强相可以有效地阻碍高度局域化的单一剪切带的形成和扩展。