非晶合金具備優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在電子、機械、化工、國防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。迄今,大塊非晶的低成本制備仍然是一個頗具挑戰(zhàn)性的難題,制約了非晶合金的應(yīng)用。本文以工業(yè)級原料采用銅模澆注法和熱型連鑄法制備了Zr_(55-x)Al_(10)Ni_5Cu_(30)Ti_x(x=0、1、3和5)合金試樣,研究了不同工藝條件對Zr基非晶合金組織和性能的影響,對塊體非晶合金的低成本制備具有一定的參考價值。首先采用銅模澆注法制備了Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶合金樣品,并研究了澆注溫度、樣品尺寸對非晶形成能力及力學(xué)性能的影響。實驗表明澆注溫度對非晶合金的組織性能有重要影響。適當高的澆注溫度,能夠減少晶態(tài)形核,提高非晶形成能力,從而制備出組織性能優(yōu)異的非晶合金。澆注溫度在900°C~1000°C時,合金的非晶形成能力隨著熔體溫度的升高而增強;澆注溫度超過1000°C時,合金的冷卻速率下降,合金的非晶形成能力隨著熔體溫度的升高而減弱。非晶合金表征的硬度值遠大于同組分普通合金的硬度值,說明非晶合金的力學(xué)性能明顯優(yōu)于同組分的普通合金,非晶組分越多,力學(xué)性能越好。非晶形成能力隨著合金樣品尺寸厚度的增加而減弱,尺寸厚度增加使合金的冷卻速率下降,合金的晶化程度隨之增加,非晶形成能力下降。采用水平連鑄法制備了Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶合金,根據(jù)鋯基非晶合金的收縮特性確定了鑄型設(shè)計方案,并根據(jù)銅的導(dǎo)熱系數(shù)大的特性以及合金熔體自身性能等確定了連鑄實驗中合適的型口溫度、固液界面位置、牽引速度和冷卻距離等工藝參數(shù)。具體工藝為:鑄型結(jié)構(gòu)為直筒型,型口溫度900°C~1000°C,固液界面位置5 mm~20 mm,牽引速度1 mm/s~9 mm/s,冷卻距離20 mm~60 mm,冷卻劑量3 L/min。通過對型口溫度和牽引速度這兩個重要的工藝參數(shù)的研究可以得出,型口溫度控制了熔體的起始溫度,當型口溫度在900°C~1000°C范圍時,型口溫度越高,溫度梯度越大,越有利于非晶的形成,所制得的合金性能和結(jié)構(gòu)越好,但是如果冷卻速度不夠,容易造成鑄件難以成型,凝固時不會形成非晶結(jié)構(gòu);如果型口溫度低于900°C,由于熔體溫度不夠高,容易使合金提前凝固,無法進行連鑄,而且溫度梯度不夠,難以形成非晶結(jié)構(gòu)。牽引速度控制了熔體的冷卻速度,冷卻速度決定了鑄型內(nèi)外的溫度梯度。牽引速度在1 mm/s~9 mm/s范圍內(nèi),速度越快,冷卻速度越快,所得鑄件的非晶結(jié)構(gòu)越多,合金的硬度也越大。但是牽引速度過快,會導(dǎo)致合金脆性增大,韌性降低。采用銅模澆注法制備了Zr_(55-x)Al_(10)Ni_5Cu_(30)Ti_x(x=0、1、3和5)合金試樣,研究了Ti元素添加對鋯基非晶合金的玻璃形成能力、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明隨著Ti元素的含量由x=0增加到x=5,鋯基非晶合金的玻璃形成能力得到提高,但非晶態(tài)的穩(wěn)定性并不會隨Ti元素含量的增加而相應(yīng)提高;適量Ti元素的加入能夠有效改善合金的力學(xué)性能;非晶復(fù)合材料Zr_(54)Al_(10)Ni_5Cu_(30)Ti具有較好綜合力學(xué)性能,其斷裂強度達到1639.28 MPa,塑性應(yīng)變?yōu)?.1%,斷口平滑區(qū)分布著大面積細密且深的脈狀花紋。
【學(xué)位單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG139.8
【部分圖文】：

>12%；3 個主要組元之間的混合熱為較大負值率 Rc金屬冷卻凝固時，發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，成為非晶時需能力的宏觀度量指標[59]。而臨界冷卻速率可以即 TTT 曲線能夠直觀的反映出過冷高溫相在不變產(chǎn)物所占的百分數(shù)（轉(zhuǎn)變開始及轉(zhuǎn)變終止）三線的左側(cè)為非晶態(tài)區(qū)，當純金屬或合金從熔化狀的鼻尖相交便可以形成非晶。

圖 1.3 臨界冷卻速度和過冷液相區(qū)之間的關(guān)系The relationship between the critical cooling rate and the supercooled l金的制備方法晶形成能力的影響，非晶合金多以粉末、細絲、薄帶等低晶合金的問世是非晶合金材料制備技術(shù)的里程碑，其制備金的非均質(zhì)形核，因此在制備非晶合金中要對母合金反復(fù)純度來達到消除非均質(zhì)形核點的目的。目前，非晶合金的類，一類是直接凝固法，主要包括水淬法、銅模鑄造法、懸浮熔煉等。另一類是粉末固結(jié)成形法，即在過冷液相區(qū)晶粉末壓制成非晶合金。以下列舉了目前最為常用的非晶

圖 1.4 水淬法工作原理.4 Schematic diagram of water quenching metho熱裝置的下方放置一水冷銅模，熔融的金冷卻而獲得非晶合金。這種方法的關(guān)鍵在晶核，二是要保持良好的液流狀態(tài)，因為銅[62]。但由于銅模冷卻速率的限制，制備出的
【參考文獻】

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1 Jiyang Wang;Haohai Yu;Yicheng Wu;Robert Boughton;;Recent Developments in Functional Crystals in China[J];Engineering;2015年02期

2 趙燕春;寇生中;袁小鵬;李春燕;蒲永亮;徐嬌;于朋;;Cu_(50-x)Zr_(40+x)Al_5Nb_5合金非晶形成能力、組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究[J];稀有金屬材料與工程;2015年02期

3 汪衛(wèi)華;;非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性[J];物理學(xué)進展;2013年05期

4 皮錦紅;莊華雯;;非晶合金的應(yīng)用[J];新材料產(chǎn)業(yè);2011年11期

5 郭玉琴;李富柱;楊欣;韓娟娟;;近十年來塊體非晶合金材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2011年05期

6 謝崇波;;塊體非晶合金研究現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J];中國基礎(chǔ)科學(xué);2011年04期

7 劉廣橋;寇生中;李春燕;趙燕春;吳參軍;索紅莉;;澆注溫度對鋯基塊體合金非晶形成能力和力學(xué)性能的影響[J];鑄造;2011年05期

8 胡壯麒;張海峰;;塊狀非晶合金及其復(fù)合材料研究進展[J];金屬學(xué)報;2010年11期

9 閆相全;宋曉艷;張久興;;塊體非晶合金材料的研究進展[J];稀有金屬材料與工程;2008年05期

10 張曉立;王金相;孫宇新;劉家驄;;塊體非晶合金的應(yīng)用與研究進展[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2007年24期

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1 田慧芬;內(nèi)生鋯基非晶復(fù)合材料在不同溶液中的腐蝕行為[D];太原理工大學(xué);2016年

2 胡偉;非晶合金變壓器研究與應(yīng)用[D];華北電力大學(xué);2016年

3 劉安法;鋯基非晶合金的連鑄工藝研究[D];山東理工大學(xué);2015年

4 楊珂;大塊銅基非晶合金制備與性能研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2014年

5 馮雪磊;制備工藝和元素添加對Zr-Cu基大塊非晶合金性能的影響[D];蘭州理工大學(xué);2014年

6 蔣維科;Zr基塊體非晶合金的制備及力學(xué)性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

7 楊云彬;塊體非晶合金的水平連續(xù)制備技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

8 劉光波;新型Mg基塊體非晶合金的噴鑄制備與力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

9 黃文軍;元素添加對鋯基非晶合金玻璃形成能力及力學(xué)性能的影響[D];蘭州理工大學(xué);2011年

10 張玲;Zr基非晶合金的制備及其性能研究[D];昆明理工大學(xué);2008年

本文編號：2848986