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高流变成型法对Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8块体非晶合金β弛豫及热稳定性作用规律

中国有色金属学报 2018年第5期28卷 938-943页

作者：吕龙张启东蒋伟李小蕴祖方遒合肥工业大学材料科学与工程学院金属液/固加工研究所合肥230009

以Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8为研究对象,结合差示扫描量热法和X射线衍射法,以电阻法探索高流变成型法对块体非晶合金β弛豫及热稳定性的作用规律。升温速率为10 K/min的验证试验表明,电阻法所标定样品的β弛豫开始温度T_β、一次晶化开始... 详细信息

以Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8为研究对象,结合差示扫描量热法和X射线衍射法,以电阻法探索高流变成型法对块体非晶合金β弛豫及热稳定性的作用规律。升温速率为10 K/min的验证试验表明,电阻法所标定样品的β弛豫开始温度T_β、一次晶化开始温度T_(x-onset)及其区间等特征参数均与差示扫描量热法结果相吻合。这证明电阻法探索β弛豫及热稳定性的有效性。为进一步获得更细致信息,以升温速率1 K/min约化电阻率曲线揭示,高流变成型法成型后样品的T_β大幅提前,且β弛豫所致电阻率变化值Δ_(ρrel)显著增加,表明高流变成型法显著增强该块体非晶合金β弛豫强度;成型后T_(x-onset)滞后且晶化温度区间ΔT_x变宽,反映高流变成型法提高了该块体非晶合金的热稳定性。这一结论得到不同温度水淬样品X射线衍射结果证实,尽管成型前后的最终晶化相并未改变。

关键词：块体非晶合金高流变成型法 β弛豫热稳定性

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高流变成型法对锆基BMGs的增塑及其伴随作用

高流变成型法对锆基BMGs的增塑及其伴随作用

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作者：吕龙合肥工业大学

学位级别：硕士

金属玻璃拥有优异的力学与物理性能,但其广泛应用一直受制于其低的室温塑性和差的成型能力。为改变这一现状,本课题组基于Johnson发明的脉冲电流快速热塑性成型法创新并发展出高流变成型方法(HRRF)。前期研究表明,HRRF法可显著强化ZrCuA... 详细信息

金属玻璃拥有优异的力学与物理性能,但其广泛应用一直受制于其低的室温塑性和差的成型能力。为改变这一现状,本课题组基于Johnson发明的脉冲电流快速热塑性成型法创新并发展出高流变成型方法(HRRF)。前期研究表明,HRRF法可显著强化ZrCuAlAg块体金属玻璃(BMG)微观结构不均匀性,大幅提高其压缩塑性。然而,关于该法显著增加Zr基BMGs压缩塑性作用规律的普遍性及其机理仍不清楚,同时,HRRF法对该类金属玻璃的β弛豫、热稳定性、内耗与弛豫行为的作用与规律也缺乏研究。本文以ZrCuAlAgPd、Zr45(Cu/6Ag)48Al7和ZrCuAlAg成分BMGs为研究对象,首先通过对金属玻璃HRRF前后样品进行压缩实验,并以SEM观察其表面剪切带和断口形貌,以探索HRRF法对Zr基BMGs增塑作用、规律及其机理。再运用差示扫描量热法(DSC),电阻和内耗技术研究HRRF法对该类金属玻璃β弛豫、热稳定性、内耗与弛豫行为等的作用与规律,以期揭示HRRF方法的增塑作用机理及其相关伴随现象,从而为克服BMGs脆性特征,拓展BMGs工程应用范围提供科学与技术依据。主要成果与结论如下:***和Zr45(Cu/6Ag)48Al7玻璃HRRF前后样品压缩应力-应变曲线表明,HRRF后样品压缩塑性显著提高,且曲线均呈现更明显锯齿波形,反映了HRRF法对Zr基BMGs增塑效果及引起流变行为的改变。压缩样品SEM照片揭示,HRRF后样品表面剪切带数量明显增多,并伴随明显的交割、分叉的特征,同时其断口处剪切脉状花纹致密并出现数量众多的液滴状颗粒,表明了HRRF法对剪切带形成与演化行为及微观结构不均匀性的改变作用。DSC结果显示,HRRF法显著增大样品的放热峰面积,表明该方法增多该类BMGs内部自由体积数量。这些结果从塑性流变行为及微观机制上揭示了该方法增塑的作用本质。2.结合DSC手段,首次以电阻法探索了HRRF法对ZrCuAlAg金属玻璃β弛豫及热稳定性作用规律。升温速率10K/min验证表明,电阻法所标定样品的β弛豫开始温度Tβ、一次晶化开始温度T及其区间等特征参数均与DSC结果相吻合。这证明,电阻法探索β弛豫及热稳定性的有效性。为获得更详细信息,进一步以升温速率1K/min测试了约化电阻率曲线,结果表明,HRRF后样品Tβ大幅提前,且β弛豫所致电阻率变化值Δρrel显著增加,表明该方法显著增强该金属玻璃β弛豫强度。HRRF后T滞后且晶化温度区间ΔTx变宽,反映该方法提高了该金属玻璃的热稳定性,这一结论得到不同温度淬火样品X衍射结果证实。***金属玻璃HRRF前后样品内耗温度谱揭示,随着温度的升高,HRRF前后样品的内耗均依次表现为线性缓慢增加、较快速非线性增加、急速上升和出现内耗峰的不同变化阶段;内耗频率谱上内耗则依次表现为线性增大、先迅速减小后缓慢增加、先迅速下降后缓慢下降和出现内耗峰。对比HRRF前后样品的温度谱图可发现,HRRF后样品各加载频率下的内耗峰值与内耗峰温均明显高于其相应HRRF前的;对比HRRF前后金属玻璃相同频率谱特征的温度区间范围可知,HRRF后样品β弛豫开始、β弛豫向α弛豫转变均在更低的温度下发生,对应其原子或原子集团运动更加容易;而满足晶化要求的原子结构重排则变得困难,晶化转变的难度加大。

关键词： Zr基BMGs 高流变成型法压缩塑性 β弛豫热稳定性内耗行为弛豫行为

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基于高流变成型法探索冷速及样品位置与Zr基非晶性能的相关性

基于高流变成型法探索冷速及样品位置与Zr基非晶性能的相关性

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作者：梅晓波合肥工业大学

学位级别：硕士

金属玻璃因其优异的力学与理化性能被广泛关注。然而,块体金属玻璃(BMGs)的脆性及成型困难,极大地限制了其实际应用的拓展。为了克服这两方面应用瓶颈,笔者所在团队发明了高流变成型方法(HRRF),该方法可在毫秒级时间内完成BMGs构件的成... 详细信息

金属玻璃因其优异的力学与理化性能被广泛关注。然而,块体金属玻璃(BMGs)的脆性及成型困难,极大地限制了其实际应用的拓展。为了克服这两方面应用瓶颈,笔者所在团队发明了高流变成型方法(HRRF),该方法可在毫秒级时间内完成BMGs构件的成型,同时可有效提高其塑性。为了进一步完善该方法,本文以ZrCuNiAlAg等非晶合金为主要研究对象,深入探索了HRRF不同工艺条件及成型构件因素对力学性能及其分布的影响与规律,主要包括模具的冷却速率,构件尺寸、径向及高度位置等对成型后BMGs样品塑性、显微硬度等作用;此外,籍DSC放热焓、密度、断口形貌等差异,探讨并揭示了其宏观性能改变的内在物理本质。主要成果与结论如下:1、通过调控模具冷却速率,探索结果表明,在相同冷却速率条件下,经过高流变成型后的非晶样品,其压缩塑性明显高于吸铸非晶样品,验证了HRRF方法增塑的有效性;当冷却速率增加时,传统铸造成型后的试样和HRRF后非晶试样的压缩塑性都会随冷速而增大;尤为值得强调的是,HRRF成型后样品的塑性随冷速而增长的幅度高于铸态样品相应幅度。HRRF成型样品的显微硬度相对于吸铸非晶样品有所下降,其下降幅度随着冷速的增加而降低。2、SEM断口揭示,随着冷却速率增大,高流变成型后试样断口的脉状纹不断变多,提示剪切带密度随着冷却速率而不断增大,这与塑性增大的规律相吻合。而DSC分析数据表明,冷却速率增加使得HRRF成型和吸铸的非晶样品放热焓△H明显增多,揭示了非晶结构中的自由体积提升,密度分析结果与之吻合;另一方面,相比于吸铸样品,HRRF成型过程为非晶引入了更多的自由体积。3、对HRRF成型非晶试棒上中下不同高度部位截取的样品进行诸方面分析发现:其压缩塑性都明显高于铸态非晶的塑性,其中,HRRF成型非晶试棒的压缩塑性,随高度位置的改变由下而上呈下降趋势;SEM断口分析揭示,上中下三个位置的脉状纹络密集度呈现与塑性变化相同的趋势;DSC分析所获得的放热焓△H数据表明,下部非晶结构的自由体积包含量最大,而上部的最小。4、对HRRF成型后的圆柱非晶构件不同径向位置截取的样品分析表明,随径向位置的改变由内向外非晶的塑性逐渐升高,而其显微硬度与位置关系则相反;其SEM断口脉状纹络及放热焓△H的位置相关性与塑性规律相吻合。本文工作揭示了HRRF成型BMGs构件力学性能分布、作用规律及机制,为该方法的实际运用提供了技术依据,也丰富了BMGs塑性本质的现象学。

关键词：金属玻璃高流变成型法压缩塑性冷却速率构件位置

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