使用銅模吸鑄法制備Cu_50-xZr₄₆Al₄Dyx（x=0～4）系列合金,研究了Dy對其非晶形成能力和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,添加1%～2%（原子分數(shù)）的Dy能明顯提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的熱穩(wěn)定性和非晶形成能力。添加適量的Dy能提高體系的強度和塑性變形能力。還討論了添加Dy元素影響Cu_50-xZr₄₆Al)4Dy_x體系非晶形成能力和力學(xué)性能的機理。 

【文章來源】：材料研究學(xué)報. 2020,34(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

不同直徑Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)試樣的XRD圖譜

上述實驗結(jié)果表明，Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)合金具有良好的熱穩(wěn)定性和非晶形成能力。負混合焓是形成金屬玻璃的有利條件[20]，而Cu-Dy和Al-Dy的混合焓分別為-22 kJ/mol和-39 kJ/mol[19]，即Dy元素的引入使其與Cu和Al之間產(chǎn)生了較大的負混合焓，從而更加有利于Cu50-xZr46Al4Dyx體系形成金屬玻璃合金。另一方面，Dy元素與體系中主要元素的原子尺寸差都大于23%(Cu、Zr、Al和Dy原子半徑分別為0.128、0.160、0.143和0.177 nm),Dy原子與周圍其他原子的失配使其周圍環(huán)境產(chǎn)生大幅度畸變，從而提高體系的無序度，使合金的非晶形成能力提高[21]。2.2 添加Dy對Cu50Zr46Al4合金力學(xué)性能的影響

圖4給出了直徑為1.5 mm的Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)合金壓縮試樣的斷裂面形貌，可見所有試樣均表現(xiàn)為典型的非晶斷口形貌[22]。在壓縮受力過程中蓄積的彈性變形能以絕熱方式迅速釋放，使材料局部軟化，形成粘滯流變層，在斷口出現(xiàn)大量清晰可見的脈狀紋絡(luò)[23]。越是脆性金屬玻璃其脈狀紋絡(luò)越細小光滑，因此粗大的脈狀紋絡(luò)是韌性金屬玻璃壓縮斷裂的主要特征[24]。Cu46Zr46Al4Dy4試樣雖然已有部分晶化，但其斷口形貌依然呈現(xiàn)出典型非晶斷裂形貌特征。對比各試樣的斷口形貌，Cu49Zr46Al4Dy1試樣斷口脈狀紋絡(luò)的密度和寬度最大(圖4b)，大量清晰可見，周期排布的脈狀紋路反映了合金較好的塑性變形能力。其原因可能是，添加微量的Dy有利于剪切帶的增生而非直接形成裂紋發(fā)生脆斷[25～27]，在形變過程中能形成更多的剪切帶，進而提高合金的塑性。Cu49Zr46Al4Dy1試樣的斷口形貌，表明其具有較高的壓縮強度和塑性變性能力。Qiao等[19]的研究結(jié)果也指出，添加Dy會在一定程度上修正體系的塑性變形能力和動力學(xué)弛豫過程。此外，添加Dy元素使Cu50Zr46Al4合金具有更加無序的原子結(jié)構(gòu)，增加體系的自由體積，從而有利于合金塑性的提高。添加適量Dy的合金，在壓縮過程中表現(xiàn)出明顯的屈服過程和加工硬化行為。這種屈服過程、加工硬化和塑性變形行為，可能是合金強度提高的原因。圖4 直徑1.5 mm的Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)BMG的壓縮斷裂形貌


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