【摘要】：塊體金屬玻璃的室溫脆性和應(yīng)變軟化,形狀記憶合金的加工性能是這兩種先進(jìn)功能結(jié)構(gòu)材料亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本文選擇高溫形狀記憶合金且擁有較強(qiáng)非晶形成能力的Ti-Ni合金,采用真空磁懸浮熔煉-負(fù)壓銅模吸鑄法,制備出直徑3mm且具有組織連續(xù)梯度的形狀記憶/非晶復(fù)合材料,由凝固過(guò)程溫度梯度形成的組織連續(xù)梯度,使復(fù)合材料具有功能梯度性,表層為快冷形成的全非晶結(jié)構(gòu),心部為具有良好塑韌性的奧氏體相,將形狀記憶合金TRIP效應(yīng)應(yīng)用于金屬玻璃的韌塑化。并在此基礎(chǔ)上考察金屬玻璃基復(fù)合材料在過(guò)冷液相區(qū)的超塑性變形行為。具體研究?jī)?nèi)容包括:不同腐蝕介質(zhì)中材料的耐蝕性以及添加Zr元素對(duì)其耐蝕性影響;合金室溫鋸齒流變現(xiàn)象;Ti-Ni合金在過(guò)冷液相區(qū)的流變性。利用XRD、萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)、納米壓痕、透射電鏡、三電極體系電化學(xué)工作站、Gleeble3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)、DSC、SEM以及EDS能譜儀對(duì)材料進(jìn)行分析表征,得出如下結(jié)論:(1)在人工海水的(Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(80)Cu_(20)合金具有自鈍化性能好,與晶態(tài)TC4合金相比,鈍化區(qū)寬、點(diǎn)蝕電位高,自腐蝕電位為-0.346V小于TC4,腐蝕的熱力學(xué)傾向小;自腐蝕電流密度和極化電阻分別為1.601μAcm~(-2)和1.9×10~6Ωcm~2,腐蝕動(dòng)力學(xué)速率低于TC4。電化學(xué)后的表面腐蝕形貌顯示,該合金的邊緣區(qū)氧化膜結(jié)構(gòu)致密,分布也是比較均勻的。在PBS中的(Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(80)Cu_(20)合金,其耐蝕性能顯著優(yōu)于TC4合金;且由于PBS中活性陰離子較少,因而抗蝕性要優(yōu)于人工海水中的抗蝕性。組織中未發(fā)現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕坑和腐蝕產(chǎn)物,邊緣區(qū)的氧化膜較心部更為致密均勻。Zr元素含量=0.02,0.04,0.06,2θ=35-50°之間存在非晶漫散射峰之上疊加尖銳的晶體相,表明其結(jié)構(gòu)為非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中晶體相為兩種不同的形狀記憶晶相。且隨著Zr的不斷變多,B19'馬氏體相含量也變多,Zr=0.04時(shí),合金玻璃形成能力最高。Zr元素的添加顯著提高了該合金的腐蝕性能,且在腐蝕介質(zhì)中使得鈦元素在材料表面富集。(2)(Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(80)Cu_(20)合金微觀結(jié)構(gòu)是非晶+晶體的復(fù)合結(jié)構(gòu),其中邊緣區(qū)域?yàn)榉蔷?過(guò)渡區(qū)域?yàn)樾螤钣洃汢19'馬氏體相,心部B2奧氏體相。同時(shí),該合金在室溫壓縮應(yīng)力下表示出杰出的綜合力學(xué)性能(屈服強(qiáng)度1000MPa,塑性變形25%,斷裂強(qiáng)度2750MPa)且在塑性階段發(fā)生鋸齒流變應(yīng)為及加工硬化現(xiàn)象。綜合宏觀塑性階段pop-in現(xiàn)象與微觀不同組織結(jié)構(gòu)塑性鋸齒流變表明,在變形初期階段該復(fù)合材料的鋸齒流變主要有非晶基體承擔(dān)。而后隨著外加應(yīng)力增加,變形量增加,隨著變形量的增加Cu原子與位錯(cuò)的釘扎、脫釘作用顯著。同時(shí),晶體相內(nèi)部發(fā)生TRIP效應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)與非晶剪切帶產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)相互作用,使得非晶基體剪切帶增殖,使得鋸齒現(xiàn)象最顯著,因此在該過(guò)程中材料鋸齒流變動(dòng)力為晶體與非晶基體共同作用。在材料變形后期,由于存在與合金中的奧氏體相有限,TRIP效應(yīng)減弱,位錯(cuò)增殖,溶質(zhì)原子對(duì)可動(dòng)位錯(cuò)起不到有效釘扎作用,而使得在塑性變形后期鋸齒較中期稀疏,且非晶基體剪切帶增殖過(guò)程也完成,鋸齒流變現(xiàn)象削弱,最終發(fā)生斷裂。(3)(Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(80)Cu_(20)金屬玻璃基復(fù)合材料,560℃是其最佳超塑性變形溫度。這一溫度介于T0.5Tm與△Tx的交集部分。并且最佳變形速率為5×10~(-4)s~(-1)。同時(shí),在該變形條件下的宏觀形貌為反“N”與斜形或正形的“單鼓”形貌。該材料在高溫且低應(yīng)變速率下,產(chǎn)生近牛頓流變。此外,非晶復(fù)合材料在560℃、壓縮速率為5×10~(-4)s~(-1)時(shí),能量耗散率0.895,說(shuō)明該材料在此條件下可加工性能最好,說(shuō)明該區(qū)域適合大量變形超塑性加工。該材料在變形速率為5×10~(-4)s~(-1)時(shí),該材料在這一條件下發(fā)生流變所需原子大概為40個(gè),在相同條件下Ti合金需要320個(gè)。因而在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi),該材料的流動(dòng)性比Ti合金好。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG139.8;TB33
【圖文】：

第 1 章 緒 論1 非晶合金的基本概念及發(fā)展歷史非晶態(tài)合金，也被人們稱之為金屬玻璃，它的出現(xiàn)標(biāo)志著金屬材料發(fā)展一項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新。對(duì)熔融的母合金采用快速凝固冶金技術(shù)，讓其快速冷會(huì)出現(xiàn)在凝固過(guò)程中其內(nèi)部的原子根本來(lái)不及去發(fā)生形核、結(jié)晶及生長(zhǎng)現(xiàn)是以一種無(wú)序結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在液態(tài)金屬熔體中[1-4]。這種技術(shù)造就的合金，其然會(huì)保留下熔體本身的結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，原子在三維空間仍然會(huì)以雜亂無(wú)璃狀態(tài)排列。隨著科學(xué)家人們進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)在很少的幾個(gè)的原內(nèi)，仍然會(huì)形成短程有序現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被有關(guān)學(xué)者定義為長(zhǎng)程無(wú)序而短。同樣地，正是由于快速冷卻的技術(shù)，液態(tài)狀態(tài)下金屬原子排列無(wú)序的特留存，因此人們形象地稱其為金屬玻璃[5,6]。從理論上來(lái)講，當(dāng)某種液體足快速冷卻的條件，那么其固態(tài)即可稱之為玻璃態(tài)。但是，對(duì)于大多數(shù)合元素有兩大難點(diǎn)需要克服，第一是凝固過(guò)程晶體形核勢(shì)壘低，第二在于均率高，從而導(dǎo)致在完成玻璃化時(shí)達(dá)不到需要的高冷卻速率而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

Ti 基塊體非晶復(fù)合材料的腐蝕、力學(xué)與超塑性能研究，這種方法下銅模的冷卻速率是不能滿足條件的。通過(guò)上面的分析我們就能顯得到，選用這種方法制備非晶合金時(shí)，我們所能夠得到的樣品尺寸不會(huì)非。話句話說(shuō)，這種方法制備出的樣品是有尺寸限度的，并不一定能夠滿足我究的需要，只有當(dāng)我們所需要的樣品尺寸非常小時(shí)，采用這種方法是非常合。

Ti 基塊體非晶復(fù)合材料的腐蝕、力學(xué)與超塑性能研究，這種方法下銅模的冷卻速率是不能滿足條件的。通過(guò)上面的分析我們就能顯得到，選用這種方法制備非晶合金時(shí)，我們所能夠得到的樣品尺寸不會(huì)非。話句話說(shuō)，這種方法制備出的樣品是有尺寸限度的，并不一定能夠滿足我究的需要，只有當(dāng)我們所需要的樣品尺寸非常小時(shí)，采用這種方法是非常合。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2772812