脉冲电流处理对Ti基及Zr基块体非晶合金微观结构和力学性能的影响

作     者：管石松 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：范洪波

授予年度：2014年

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

主      题：块体非晶合金 脉冲电流处理 结构弛豫 流变单元 室温压缩 

摘      要：本文采用脉冲电流处理手段，对Ti40Zr25Ni3Cu12Be20及Zr55Cu30Ni5Al10（at.%）块体非晶合金进行脉冲电流处理，并将不同处理参数下的样品与铸态样品进行了对比，系统分析了脉冲电流处理前后试样的微观结构演变规律，研究了各合金试样的室温力学性能，并阐明了脉冲电流处理前后Ti基及Zr基块体非晶合金微观结构和力学性能之间的内在关系。 利用同步辐射、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），分析了脉冲态及原始态合金样品的微观结构。高分辨透射电子显微镜图像的自相关函数（ACF）运算表明，试样有序化程度随脉冲处理电压的增加而上升。试样有序化程度达到15%左右前，脉冲电流处理主要使得流变单元尺寸增加，随着有序度的进一步增加，流变单元尺寸降低，甚至消失。脉冲处理电压达到3900V时，Ti基块体非晶合金发生晶化，析出了纳米晶。此外，纳米晶粒尺寸亦随着脉冲处理电压的升高进一步长大。本文采用的脉冲处理参数未引起Zr基块体非晶合金发生晶化。脉冲电流处理前后，非晶合金的同步辐射分析结果表明，随着脉冲处理电压的增加，Zr基以及Ti基非晶合金的平均原子间距不断减小，即脉冲电流处理将使得非晶合金的原子排列更加紧密。 研究了不同脉冲电流处理参数下块体非晶合金的热性能。脉冲电流处理后，块体非晶合金的玻璃转变温度Tg值具有升高的趋势。通过Kissinger公式计算不同脉冲电流处理参数的玻璃转变表观激活能值（Eg）亦呈现升高的趋势。表明脉冲电流处理后，块体非晶合金发生了结构弛豫现象，使得非晶合金的发生玻璃转变难度升高，即增加了其热稳定性。 室温压缩实验结果表明，在合适的脉冲处理电压下，脉冲电流处理可显著增加块体非晶合金的室温压缩塑性。脉冲电压为3000V时，Ti基块体非晶合金压缩塑性由铸态的0.9%提升到7.6%左右;脉冲电压为3600V时，Zr基块体非晶合金压缩塑性由铸态的几乎零塑性升高至2.53%。这种塑性的显著增加可归因于，适当的脉冲处理电压将增加试样中流变单元的尺寸，使得合金的室温压缩塑性升高。 研究了不同脉冲电流处理参数下块体非晶合金在纳米压痕测试中的力学行为。合适的脉冲电流处理参数可显著降低非晶合金纳米压痕测试载荷—位移（p-h）曲线上第一位移突进对应的载荷值，并增加p-h位移突进数量，意味着该参数下样品在室温变形时将更容易发生剪切带的形核、运动，产生更多的剪切带。