利用金屬熔體中的脫合金反應(yīng)制備了原位自生富Ta相增強(qiáng)Zr-Cu非晶基復(fù)合材料,研究了傳統(tǒng)電弧熔煉法和新型脫合金法制備復(fù)合材料的第二相差異,并比較了不同脫合金反應(yīng)溫度對(duì)第二相的影響。與傳統(tǒng)電弧熔煉方法相比,脫合金化法制備的復(fù)合材料第二相尺寸更細(xì)小,數(shù)密度更高,單位界面面積更大,更有利于材料強(qiáng)度和塑性的提高。同時(shí),隨著脫合金反應(yīng)溫度提高,第二相的尺寸和體積分?jǐn)?shù)逐漸降低,非晶基體和第二相的硬度隨之提高。 

【文章來(lái)源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

CZ0、CZ10-ARC和CZ10-DEA-1400的XRD圖譜

圖2為CZ10-ARC-MA（母合金）、CZ10-ARC（條帶）、CZ10-DEA-1400-MA（母合金）和CZ10-DEA-1400（條帶）的SEM圖�？梢钥闯�，富Ta相較為均勻地分布在非晶基體中。為計(jì)算富Ta相的平均尺寸及體積分?jǐn)?shù)，對(duì)原始圖進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)圖2a進(jìn)行黑白化處理，分別計(jì)算黑色基體和白色第二相的像素?cái)?shù)值，利用第二相占圖片的像素比例可以得到第二相的體積分?jǐn)?shù)，對(duì)每個(gè)試樣選取5張SEM圖片進(jìn)行相同處理以使第二相的體積分?jǐn)?shù)更為準(zhǔn)確；對(duì)圖片進(jìn)行隨機(jī)拉線，每張SEM圖片拉取5條直線，計(jì)算直線上的第二相尺寸，取平均值，可以得到第二相的平均尺寸。計(jì)算得到CZ10-ARC-MA中富Ta相的體積分?jǐn)?shù)約為9.4%，平均尺寸約為47.9μm，而CZ10-ARC中富Ta相的體積分?jǐn)?shù)約為9.2%，尺寸約為45.2μm。由此可知，甩帶前后試樣中的第二相在體積分?jǐn)?shù)和尺寸上的差別不大，表明富Ta相在甩帶過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生重熔現(xiàn)象，即富Ta相的尺寸取決于母合金的制備工藝。從圖2c和圖2d可知，CZ10-DEA-1400-MA和CZ10-DEA-1400中第二相的體積分?jǐn)?shù)分別為9.9%和10.7%，尺寸分別為7.9μm和6.8μm。與圖2a和圖2b中傳統(tǒng)電弧熔煉法制備得到的第二相相比，富Ta相的體積分?jǐn)?shù)更高且尺寸更為細(xì)小。對(duì)CZ10-ARC和CZ10-DEA-1400中富Ta相的尺寸進(jìn)行分析計(jì)算后可知，盡管二者中第二相的體積分?jǐn)?shù)差別不大，但由于脫合金法制備得到的試樣中第二相的尺寸較小，因此第二相的數(shù)密度（代表單位體積之內(nèi)第二相的個(gè)數(shù)）是CZ10-ARC的350倍左右，同時(shí)每個(gè)單位體積試樣內(nèi)第二相與基體之間的界面面積是CZ10-ARC的8倍。具體組織分析結(jié)果見(jiàn)表1。非晶復(fù)合材料中兩相界面對(duì)提高材料室溫塑性十分重要。兩相界面可阻礙剪切帶的迅速擴(kuò)展，造成剪切帶的分枝及增殖。同時(shí)，界面處的應(yīng)力集中又可誘發(fā)新的剪切帶形成。因此，脫合金法得到的復(fù)合材料中界面面積的增大有望使其綜合力學(xué)性能優(yōu)于傳統(tǒng)電弧熔煉法得到的非晶復(fù)合材料[19,20]。利用新型脫合金化反應(yīng)制備得到的母合金及非晶復(fù)合材料中第二相的尺寸相比傳統(tǒng)電弧熔煉法得到的試樣更為細(xì)小，同時(shí)體積分?jǐn)?shù)也有所提高。這可能與二者不同的反應(yīng)溫度有關(guān)。通常，電弧熔煉溫度在3 000℃左右，在制備母合金時(shí)，Ta元素會(huì)完全熔化進(jìn)入熔體中，然后在冷卻過(guò)程中析出，因此富Ta相的尺寸與冷卻過(guò)程相關(guān)且較難控制。但脫合金反應(yīng)的反應(yīng)溫度控制在1 400℃左右，此時(shí)Zr-Ta合金浸入Cu熔體中時(shí)，由于Zr-Cu與Ta-Cu混合焓的差異，Zr會(huì)選擇性的由Zr-Ta合金中溶解進(jìn)入Cu熔體中，而Ta元素通過(guò)表面擴(kuò)散，形成第二相。在此過(guò)程中Ta顆粒沒(méi)有溶解進(jìn)入熔體，因此，脫合金反應(yīng)是固液間反應(yīng)，與電弧熔煉法的完全熔化不同。

為了進(jìn)一步研究脫合金溫度對(duì)脫合金反應(yīng)的影響，選擇了1 200、1 400和1 600℃3種脫合金溫度。不同脫合金溫度下制備得到的條帶試樣的XRD圖譜和SEM見(jiàn)圖3和圖4。從圖3可以看出，隨著熔煉溫度升高，材料仍然保持漫散射峰，表明基體是非晶結(jié)構(gòu)。同時(shí)，3種條帶試樣的XRD圖譜均出現(xiàn)了富Ta相，證實(shí)了3種溫度下試樣微觀結(jié)構(gòu)的相似性。但晶化峰位置隨著溫度的升高逐漸向右偏移，這主要是由于隨溫度升高，Ta在Zr中的固溶度增大，造成晶面間距減小，從而衍射角增大。圖4 不同溫度下脫合金化制備試樣的SEM圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性[J]. 汪衛(wèi)華.  物理學(xué)進(jìn)展. 2013(05)
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本文編號(hào)：3021086