發(fā)布時(shí)間：2017-04-30 21:02

  本文關(guān)鍵詞：基于模量法則的銅鋯體系金屬玻璃設(shè)計(jì)及其性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬玻璃是一種新型非晶態(tài)合金材料,內(nèi)部原子呈現(xiàn)長程無序結(jié)構(gòu),內(nèi)部大量的自由體積使其不具有晶態(tài)金屬材料那樣穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu),然而這種特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu),導(dǎo)致金屬玻璃具有超高的強(qiáng)度和彈性。但另一方面,無序的原子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致金屬玻璃在室溫表現(xiàn)出宏觀脆性,這限制了金屬玻璃的應(yīng)用。本文根據(jù)模量法則設(shè)計(jì)銅鋯體系金屬玻璃,通過模量設(shè)計(jì)優(yōu)化金屬玻璃的力學(xué)性能,同時(shí)兼顧材料體系的非晶形成能力,從而得到綜合性能優(yōu)異的銅鋯基金屬玻璃材料。根據(jù)金屬玻璃材料的彈性模量和力學(xué)性能之間的關(guān)系可以設(shè)計(jì)金屬玻璃的成分。彈性模量與金屬玻璃的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)穩(wěn)定性、玻璃轉(zhuǎn)變溫度密切相關(guān),這些因素決定金屬玻璃的形成能力必然與彈性模量有所關(guān)聯(lián)。楊氏模量與體積模量的比值E/K越大合金的玻璃形成能力就越好,因此可以通過模量法則設(shè)計(jì)具有大E/K值的體系以獲取玻璃形成能力的提高。另一方面,彈性模量也與金屬玻璃的力學(xué)性能密切相關(guān),研究發(fā)現(xiàn)金屬玻璃體系的泊松比越大其塑性變形能力也越好,彈性模量值越大強(qiáng)度和硬度也越高。因此,可以通過模量法則,優(yōu)化各組元的配比,力爭獲取優(yōu)良玻璃形成能力的同時(shí)兼顧力學(xué)性能的提高。經(jīng)過模量法則的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)Cu_(50)Zr_(50)成分附近的玻璃形成能力最強(qiáng),CuxZr100-x、(Cu Zr)100-xAlx體系具有優(yōu)良的玻璃形成能力和力學(xué)性能。第一步通過模量法則優(yōu)化Cu Zr二元基體的元素配比,使之達(dá)到最佳玻璃形成能力與力學(xué)性能的成分點(diǎn),制備出具有優(yōu)良玻璃形成能力的二元金屬玻璃;第二步,在二元合金的基礎(chǔ)上,根據(jù)模量法則選擇元素合成三元金屬玻璃體系,進(jìn)一步提高合金的玻璃形成能力;最后根據(jù)需要,添加第四組元以實(shí)現(xiàn)該體系玻璃形成能力的突破。根據(jù)約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度Trg、合金的臨界尺寸tmax、臨界冷卻速率Rc等要素綜合考察根據(jù)模量法則所設(shè)計(jì)出的金屬玻璃的形成能力,總結(jié)了模量法則與傳統(tǒng)熱力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法則之間的聯(lián)系。通過綜合力學(xué)性能測試,得到所設(shè)計(jì)合金的力學(xué)性能,包括塑性、強(qiáng)度、硬度以及彈性模量等數(shù)據(jù)。最后,評估了模量法則設(shè)計(jì)的合金是否達(dá)到了優(yōu)化力學(xué)性能的效果。結(jié)果表明,模量法則具有很好的適用性,設(shè)計(jì)的合金具有優(yōu)良的玻璃形成能力和優(yōu)異的力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：金屬玻璃 彈性模量 強(qiáng)度 塑性 玻璃形成能力
【學(xué)位授予單位】：重慶師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 選題背景和意義11-12
• 1.2 非晶態(tài)合金12
• 1.3 銅鋯體系非晶態(tài)合金的發(fā)展12-15
• 1.4 金屬玻璃的彈性模量15-16
• 1.5 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容16-18
• 2 金屬玻璃體系的設(shè)計(jì)方法18-24
• 2.1 金屬玻璃形成能力的判據(jù)18-19
• 2.1.1 過冷液相區(qū)間△Tx18
• 2.1.2 約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度Trg18-19
• 2.1.3 γ 參數(shù)19
• 2.2 金屬玻璃設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律19-22
• 2.2.1 共晶準(zhǔn)則20
• 2.2.2 Inoue經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則20-21
• 2.2.3 混亂準(zhǔn)則21
• 2.2.4 自由電子近似法21
• 2.2.5 價(jià)電子法21-22
• 2.2.6 等電子濃度法22
• 2.3 基于模量法則的銅鋯體系金屬玻璃的設(shè)計(jì)22-24
• 2.3.1 設(shè)計(jì)思路22-23
• 2.3.2 銅鋯體系金屬玻璃的設(shè)計(jì)23-24
• 3 實(shí)驗(yàn)與分析測試方法24-28
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法24-25
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備25-26
• 3.3 材料制備及測試方法26-28
• 3.3.1 金屬玻璃制備26-27
• 3.3.2 壓縮力學(xué)實(shí)驗(yàn)27
• 3.3.3 熱分析實(shí)驗(yàn)27
• 3.3.4 硬度測試27-28
• 4 銅鋯體系金屬玻璃的形成能力28-41
• 4.1 銅鋯基金屬玻璃的形成能力表征28-34
• 4.2 形成能力分析34-37
• 4.3 銅鋯基金屬玻璃形成能力的影響因素37-38
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)因素37
• 4.3.2 鍵合條件37-38
• 4.4 銅鋯體系金屬玻璃的結(jié)構(gòu)特征38-39
• 4.5 小結(jié)39-41
• 5 銅鋯體系金屬玻璃的力學(xué)性能41-55
• 5.1 彈性模量的計(jì)算41-47
• 5.2 塑性的測量47-49
• 5.3 銅鋯基金屬玻璃的形貌49-51
• 5.4 合金體系的脆性系數(shù)51-52
• 5.5 銅鋯體系金屬玻璃的變形機(jī)理52-54
• 5.6 小結(jié)54-55
• 6 結(jié)論55-56
• 6.1 總結(jié)55
• 6.2 有待進(jìn)一步解決的問題55-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 附錄62-63
• 致謝63

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