塊體非晶合金因?yàn)榫哂懈邚?qiáng)度而在工程結(jié)構(gòu)材料中具有潛在的應(yīng)用,而其脆性斷裂是其走向工程應(yīng)用之前必須解決的重要問題。本論文選擇已經(jīng)開發(fā)出的同時具有高強(qiáng)度和高斷裂韌性的Zr₆₁Ti₂Cu₂₅Al₁₂塊體非晶合金為研究對象,擬通過合金設(shè)計(jì)的方法進(jìn)一步提高其斷裂韌性。使用低Hf含量的高純Zr原料,制備出成分為Zr₆₁Ti₂Cu₂₅Al₁₂的鑄態(tài)合金板,XRD和DSC檢測表明其為完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。選合金板最下端的部分,按照ASTM E399標(biāo)準(zhǔn)制備單邊缺口三點(diǎn)彎曲樣品,進(jìn)行室溫下疲勞預(yù)制裂紋的制備以及斷裂韌性的測試,測得低Hf含量的Zr₆₁Ti₂Cu₂₅Al₁₂非晶合金的斷裂韌性為147（±7）MPa_·m^1/2,比文獻(xiàn)報道值112（±6）MPa_·m^1/2... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

晶態(tài)和非晶態(tài)原子結(jié)構(gòu)對比圖[10]

低Hf含量Zr61Ti2Cu25Al12塊體非晶合金的斷裂行為2Pd–T–P（T=Ni，Co，F(xiàn)e）系非晶合金[9]，這些毫米級別的塊體非晶合金的出現(xiàn)，使得非晶合金的壓縮、拉伸以及彎曲行為研究成為可能。在該時期還有其他臨界冷卻速率較低的Zr基以及Pd基等非晶合金被制備出來，并且具有良好的軟磁性能的Fe基非晶合金已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于變壓器等領(lǐng)域[10]。圖1.2已發(fā)現(xiàn)的非晶合金臨界尺寸發(fā)展圖[11]目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的非晶合金的臨界尺寸如圖1.2所示，在80年代初期，Turnbull研究組通過對樣品表面進(jìn)行刻蝕，不斷地循環(huán)加熱冷卻以減少非均質(zhì)形核(助溶劑包裹法)，從而制備出直徑為5mm的Pd40Ni40P20非晶合金錠。并且在1984年，他們通過在硼氧化物溶劑中加入Pd-Ni-P熔體，使其臨界鑄造厚度達(dá)到1cm[12]。終于在1989年，日本東北大學(xué)研究所的A.Inoue研究組的張濤發(fā)明了銅模鑄造法，塊體非晶合金的成分開發(fā)從此爆發(fā)，很多成分體系的大尺寸非晶合金被制備出來，例如La系，直徑5mm的La55Al25Ni20以及后面制備出直徑達(dá)到9mm的La55Al25Ni10Cu10塊體非晶合金[13]，以及Pd系、Mg基、Ti基、Fe基等[14]，這一突破使得非晶合金的拉伸、壓縮、疲勞和斷裂等力學(xué)性能的研究成為可能。在1991年，他們又開發(fā)出具有很高的玻璃形成能力以及熱穩(wěn)定性的Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金，并且制備出臨界鑄造厚度達(dá)到15mm，過冷液相區(qū)寬度達(dá)到127K的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5的塊體非晶合金[15]。Inoue研究組的研究成果很快得到了美國加州理工學(xué)院Johnson教授的認(rèn)可，并在1993年，Johnson等人開發(fā)了經(jīng)典的Vit1成分（Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5），其臨界尺寸達(dá)到了幾個厘米[16]。在這之后，他們組建了“液態(tài)金屬公司（Liquid-metalTechnologies）”公司來開發(fā)應(yīng)用非晶合金。在1997年，Inoue研究組將Pd40Ni40P20成?

碩士學(xué)位論文5圖1.3非晶合金的應(yīng)用a)高爾夫球頭；b)耐克球鞋；c)非晶刀具；d)非晶小零件圖1.4典型塊體非晶合金的強(qiáng)度、硬度隨彈性模量的變化[28]（3）塑性和韌性非晶合金在室溫下一般呈脆性斷裂，其塑韌性受材料所處的應(yīng)力狀態(tài)和溫度的影響較大。由于非晶合金沒有位錯缺陷的存在，不會發(fā)生滑移，但是其在高溫狀態(tài)下具有很大的粘性流動，容易發(fā)生塑性變形，尤其是在該非晶合金的過冷液相區(qū)，會表現(xiàn)出超強(qiáng)的變形能力，具有超塑性。例如La55Al25Ni20非晶合金，其在過冷液相區(qū)時具有超塑性，其應(yīng)變速率敏感系數(shù)變?yōu)?，伸長率可以達(dá)到15000%，對于這類合金，將其加熱到過冷液相區(qū)，可以將其吹成表面非常光滑的非晶合金球，然后再進(jìn)行加工，制備成表面非常光滑的微型齒輪[29]。而對于一般的晶態(tài)合

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非晶合金零件成形技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 丁華平,龔攀,姚可夫,鄧?yán)?金俊松,王新云.  材料導(dǎo)報. 2020(03)
[2]非晶合金的塑性成形[J]. 黃永江,付武靖,范洪波,孫劍飛.  塑性工程學(xué)報. 2019(02)
[3]Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5非晶合金的高溫壓縮性能研究[J]. 陸洲,胡會娥,蘇小紅.  塑性工程學(xué)報. 2019(02)
[4]非晶合金熱塑性微成型技術(shù)研究概況及發(fā)展趨勢[J]. 李春燕,朱福平,丁娟強(qiáng),尹金鋒,趙燕春,寇生中.  功能材料. 2018(11)
[5]Er對ZrCuNiAl非晶合金結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性及非晶形成能力的影響[J]. 李春燕,尹金鋒,王錚,寇生中,趙燕春.  材料工程. 2018(01)
[6]大尺寸非晶合金的制備方法及性能研究[J]. 唐翠勇,戴文攀,汪明文,康劍鳴,張翔.  成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報. 2015(02)
[7]A Damage-tolerant Bulk Metallic Glass at Liquid-nitrogen Temperature[J]. Jun Yi,S.Mohsen Seifi,Weihua Wang,John J.Lewandowski.  Journal of Materials Science & Technology. 2014(06)
[8]非晶合金塑性理論研究進(jìn)展[J]. 蔣敏強(qiáng).  中國材料進(jìn)展. 2014(05)
[9]非晶中“缺陷”——流變單元研究[J]. 汪衛(wèi)華.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2014(04)
[10]冷卻速度對Cu46Zr44Al5Nb5塊體非晶合金組織和力學(xué)性能的影響[J]. 趙燕春,寇生中,袁小鵬,李春燕,于朋,蒲永亮.  稀有金屬. 2014(02)

碩士論文
[1]鐵基非晶合金涂層制備及性能研究[D]. 趙仁亮.山東建筑大學(xué) 2019
[2]塊體非晶合金的動態(tài)斷裂韌性研究[D]. 顧兢.太原理工大學(xué) 2018
[3]Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展[D]. 周一浩.上海大學(xué) 2017



本文編號：3119608