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

【文章來源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【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。為計算富Ta相的平均尺寸及體積分數(shù)，對原始圖進行了分析。通過對圖2a進行黑白化處理，分別計算黑色基體和白色第二相的像素數(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數(shù)，對每個試樣選取5張SEM圖片進行相同處理以使第二相的體積分數(shù)更為準確；對圖片進行隨機拉線，每張SEM圖片拉取5條直線，計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。計算得到CZ10-ARC-MA中富Ta相的體積分數(shù)約為9.4%，平均尺寸約為47.9μm，而CZ10-ARC中富Ta相的體積分數(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數(shù)和尺寸上的差別不大，表明富Ta相在甩帶過程中沒有發(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中第二相的體積分數(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相的體積分數(shù)更高且尺寸更為細小。對CZ10-ARC和CZ10-DEA-1400中富Ta相的尺寸進行分析計算后可知，盡管二者中第二相的體積分數(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)第二相的個數(shù)）是CZ10-ARC的350倍左右，同時每個單位體積試樣內(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)果見表1。非晶復合材料中兩相界面對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展，造成剪切帶的分枝及增殖。同時，界面處的應力集中又可誘發(fā)新的剪切帶形成。因此，脫合金法得到的復合材料中界面面積的增大有望使其綜合力學性能優(yōu)于傳統(tǒng)電弧熔煉法得到的非晶復合材料[19,20]。利用新型脫合金化反應制備得到的母合金及非晶復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小，同時體積分數(shù)也有所提高。這可能與二者不同的反應溫度有關。通常，電弧熔煉溫度在3 000℃左右，在制備母合金時，Ta元素會完全熔化進入熔體中，然后在冷卻過程中析出，因此富Ta相的尺寸與冷卻過程相關且較難控制。但脫合金反應的反應溫度控制在1 400℃左右，此時Zr-Ta合金浸入Cu熔體中時，由于Zr-Cu與Ta-Cu混合焓的差異，Zr會選擇性的由Zr-Ta合金中溶解進入Cu熔體中，而Ta元素通過表面擴散，形成第二相。在此過程中Ta顆粒沒有溶解進入熔體，因此，脫合金反應是固液間反應，與電弧熔煉法的完全熔化不同。

為了進一步研究脫合金溫度對脫合金反應的影響，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，3種條帶試樣的XRD圖譜均出現(xiàn)了富Ta相，證實了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】：
期刊論文
[1]非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性[J]. 汪衛(wèi)華.  物理學進展. 2013(05)
[2]塊狀非晶合金及其復合材料研究進展[J]. 胡壯麒,張海峰.  金屬學報. 2010(11)



本文編號：3021086