發(fā)布時(shí)間：2017-12-08 02:09

  本文關(guān)鍵詞：Cu-Zr-Zn非晶及其復(fù)合材料的形成與性能研究

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【摘要】：金屬非晶因其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的力學(xué)性能,成為近年來(lái)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,但是由于其在變形過(guò)程中的室溫脆性和應(yīng)變軟化等關(guān)鍵問(wèn)題一直制約其大規(guī)模工程應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)在非晶基體內(nèi)引入形狀記憶相制得的塊體非晶復(fù)合材料在室溫變形過(guò)程中不僅具有良好的拉伸塑性,而且表現(xiàn)出了微觀加工硬化能力。CuZr基合金由于具有較大的非晶形成能力,并且存在兩種不同的晶體相B2-CuZr相(奧氏體)、B19‘-CuZr或B33-CuZr(馬氏體)。因此是制備相變誘導(dǎo)塑性(Transformation-induced plasticity,TRIP)非晶復(fù)合材料的理想材料。制備CuZr基塊體非晶復(fù)合材料有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):(1)為了獲得大尺寸的塊體非晶復(fù)合材料,確保組分具有較大的非晶形成能力;(2)提升B2-CuZr相的熱穩(wěn)定性從而抑制其分解為低溫平衡相。本文選取(Cu_(0.5)Zr_(0.5))100-x Znx(x=0,1.5,2.5,4.5,7,10和14 at.%)合金系為研究對(duì)象,采用電弧熔煉以及感應(yīng)熔煉-吹鑄-單輥甩帶系統(tǒng)制備Cu-Zr-Zn合金錠、非晶條帶和塊體非晶及其復(fù)合材料。(Cu_(0.5)Zr_(0.5))_(100-x)Zn_x(x=1.5,2.5,4.5,7,10和14 at.%)金屬玻璃的非晶形成能力(GFA)研究表明:隨著Zn元素含量的增加,CuZr基金屬玻璃的非晶形成能力逐漸增大。并且可以成功制備出Cu-Zr-Zn塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料。結(jié)合拓?fù)洳环�(wěn)定性以及電子參數(shù)的玻璃化參數(shù)λ+(?h)1/2,可以很好地解釋添加Zn元素的CuZr基合金非晶形成能力(GFA)提高的原因。此外,為了進(jìn)一步理解Cu-Zr-Zn非晶復(fù)合材料的形成,對(duì)B2-CuZr相的形成以及Cu-Zr-Zn金屬玻璃的晶化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探究。在退火過(guò)程中,Cu-Zr-Zn金屬玻璃發(fā)生晶化,主要轉(zhuǎn)變?yōu)镃u_(10)Zr_7與CuZr_2晶體相,隨后開(kāi)始析出B2-CuZr相。當(dāng)退火溫度超過(guò)1050K,所有的晶化產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃u_(10)Zr_7和B2-CuZr晶體相。隨著Zn元素的添加,共晶轉(zhuǎn)變溫度逐漸降低,這暗示了Zn元素可以有效地將B2-CuZr相穩(wěn)定至低溫。通過(guò)對(duì)等溫?zé)崽幚淼腃u-Zr-Zn金屬玻璃晶化動(dòng)力學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)其晶化機(jī)制為具有不同形核速率的邊界控制的二維或三維晶體生長(zhǎng)。(Cu_(0.5)Zr_(0.5))_(100-x)Zn_x(x=0,2.5,4.5,7,10和14 at.%)非晶復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能的研究表明:少量Zn(x=0,2.5 at.%)添加的非晶復(fù)合材料中,主相為CuZr馬氏體相以及少量的B2-CuZr相和非晶相;然而,隨著Zn含量的增加(x=4.5,7,10和14 at.%),非晶復(fù)合材料中主相轉(zhuǎn)變?yōu)锽2-CuZr相和非晶相,其中含有少量的CuZr馬氏體相。由于多重剪切帶的形成以及B2-CuZr相發(fā)生的形變誘導(dǎo)馬氏體轉(zhuǎn)變(MT),非晶復(fù)合材料展現(xiàn)出宏觀可測(cè)的壓縮塑性應(yīng)變以及明顯的加工硬化能力。該非晶復(fù)合材料或可稱(chēng)為理想的高性能結(jié)構(gòu)材料。對(duì)(Cu_(0.5)Zr_(0.5))_(100-x)Zn_x(x=1.5,2.5,4.5,7,10和14 at.%)合金錠中馬氏體轉(zhuǎn)變及其微觀結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn):所有的合金錠中都存在CuZr馬氏體晶體相,隨著Zn含量的增加,CuZr馬氏體晶體相體積分?jǐn)?shù)減少,而B(niǎo)2-CuZr相的體積分?jǐn)?shù)含量增加。當(dāng)添加高含量的Zn元素(x=7,10和14 at.%),基體為共晶結(jié)構(gòu)。熱分析結(jié)果表明:當(dāng)Zn含量從1.5增至14 at.%,起始馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)從412±5 K降至329±5 K。Cu-Zr-Zn形狀記憶合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)值與價(jià)電子數(shù)和價(jià)電子濃度分別成反比,這暗示了C u-Zr-Zn合金中馬氏體轉(zhuǎn)變與電子性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG139.8;TB33

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本文編號(hào)：1264634