Y元素對Cu-Zr-Al-Y非晶合金弛豫與壓縮行為影響的研究
發(fā)布時間：2021-08-22 08:19
非晶合金在很多性能方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,具有成為重要工程材料的潛力,但由于室溫的塑性較差,也嚴重的影響了其實際的應用。弛豫是過冷液體和非晶中固有的普遍特征,對于理解物理和材料科學中的關鍵問題具有重要意義,如玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象、擴散、物理老化、塑性變形機理、玻璃材料的穩(wěn)定性或結(jié)晶等。在非晶體系中,稀土基非晶合金一般具有明顯的β弛豫,同時這種材料更有可能具有塑性,由此可見,探究成分與非晶弛豫和塑性變形的關系具有重要意義。因此,本課題研究了Y元素對Cu-Zr-Al-Y非晶合金β弛豫和壓縮行為的影響。本文首先制備出具有完全非晶結(jié)構(gòu)的Cu46Zr47-xAl7Yx（x=1,3,5）鑄態(tài)合金,利用差示掃描量熱儀分別檢測出了非晶合金試樣的玻璃轉(zhuǎn)變溫度、晶化溫度和過冷液相溫度區(qū),結(jié)果表明,過冷液相溫度區(qū)隨著Y元素含量的增加而有所提高,從而得到在此Cu基非晶合金體系中,Cu46Zr42Al7Y5非晶合金具有更強的非晶形成能力和熱力學穩(wěn)定...
【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Cu基塊體非晶合金與其他非晶合金以及晶態(tài)合金的楊氏模量和拉伸強度的關系[15]
第1章緒論3結(jié)構(gòu)；而且Y-Al、Y-Cu以及Zr-Cu之間由于有著較大的負混合焓的存在，使得元素間的相互作用增加，并且促使各元素之間短程有序結(jié)構(gòu)的形成，抑制了長程有序的結(jié)晶過程。中國石油大學的研究小組也通過實驗證實了在Cu-Zr-Al非晶體系中添加少量的Y元素能夠顯著提高非晶形成能力[20]。2008年，蘭州理工大學的研究小組在Cu-Zr-Al非晶體系中分別添加稀土金屬Gd和Nd元素，研究發(fā)現(xiàn)，Gd和Nd能夠增強過冷液體的穩(wěn)定性，并且可以抑制晶相的產(chǎn)生，從而提高非晶形成能力；但是稀土元素會導致非晶合金的硬度和強度有不同程度的降低，合金硬度隨著稀土元素Gd含量的增加而降低，然而合金硬度隨著Nd含量的增加先增加后降低。這是因為Gd和Nd的外層電子會減弱其與其他元素之間的鍵合力[21]。1.2非晶的弛豫行為1.2.1非晶形成液體的弛豫在非晶態(tài)合金中弛豫行為無處不在，它是非晶合金的本質(zhì)特點。弛豫是指在外界因素影響下，一個偏離了原來平衡態(tài)或者亞穩(wěn)態(tài)的體系回復到原來狀態(tài)的過程。如圖1.2所示，金屬玻璃在不同的介電頻率下會表現(xiàn)出多重的弛豫行為[22]。在頻率大約為10-2Hz的低頻段，表現(xiàn)為主弛豫（α弛豫）過程，在頻率范圍為103—109Hz較高的頻率段，表現(xiàn)為二次弛豫（β弛豫）和快β弛豫行為，在頻率大約為1012Hz更髙的頻率段，甚至會出現(xiàn)玻色峰。圖1.2極寬的頻率范圍內(nèi)玻璃形成材料中介電損耗譜的示意圖[22]Fig.1.2Schematicdiagramoftheintermediateelectricallossspectrumofglassformingmaterialsinawidefrequencyrange[22]
沈陽工業(yè)大學碩士學位論文4在這些弛豫里面，α弛豫為主要的弛豫模式，與粘性流動和玻璃轉(zhuǎn)變有著直接的關系，它是作為金屬玻璃物理性質(zhì)的核心特征。當α弛豫在低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度處被凍結(jié)后，β弛豫將成為另外一種重要的弛豫[23-27]。值得注意的是，β弛豫已經(jīng)成為研究和解釋非晶態(tài)材料的重要途徑[25,26]。在聚合物玻璃中，第一次在遠低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的地方發(fā)現(xiàn)了β弛豫，20世紀70年代之前，研究者們一直認為β弛豫與高分子支鏈運動具有相關性，自從發(fā)現(xiàn)β弛豫同樣也存在于一系列無支鏈的有機物和一部分小分子金屬玻璃材料中[28]，這種觀點才得以改變，就此研究者們對于β弛豫本質(zhì)的研究熱情再次被點燃。β弛豫的形成如圖1.3所示，當液體處于高溫時，只有一個弛豫峰存在。而當溫度降低至Tc，大約為1.2Tg這一臨界溫度以下時，這個單一的弛豫模式將會分解為α弛豫和β弛豫，當溫度低至Tg以下時，α弛豫被凍結(jié)，因此只有β弛豫的存在[29]。圖1.3玻璃形成液體體系中α弛豫和β弛豫隨溫度的變化關系[29]Fig.1.3αrelaxationandβrelaxationinglassformingliquids[29]1.2.2非晶合金的弛豫非晶合金中的弛豫通常是用動態(tài)熱機械分析儀來觀測到的[30-32]，動態(tài)熱機械分析是一種對流動行為和弛豫行為極其靈敏的探究手段。用動態(tài)熱機械分析可以敏感探測到金屬玻璃中多種運動和轉(zhuǎn)變，其在頻率和振幅都較低的條件下就能得到能反映試樣細微結(jié)構(gòu)的內(nèi)耗信息，動態(tài)模量為EEiE，其中，存儲模量cos00E，損耗模量sin00E[33,34]。存儲模量代表著彈性的部分，而損耗模量則表示黏性的部分也就是指能量消耗。如圖1.4所示，在動態(tài)力學譜分析上，不同的金屬玻璃的β弛豫的表現(xiàn)形式均有所
本文編號：3357375
【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Cu基塊體非晶合金與其他非晶合金以及晶態(tài)合金的楊氏模量和拉伸強度的關系[15]
第1章緒論3結(jié)構(gòu)；而且Y-Al、Y-Cu以及Zr-Cu之間由于有著較大的負混合焓的存在，使得元素間的相互作用增加，并且促使各元素之間短程有序結(jié)構(gòu)的形成，抑制了長程有序的結(jié)晶過程。中國石油大學的研究小組也通過實驗證實了在Cu-Zr-Al非晶體系中添加少量的Y元素能夠顯著提高非晶形成能力[20]。2008年，蘭州理工大學的研究小組在Cu-Zr-Al非晶體系中分別添加稀土金屬Gd和Nd元素，研究發(fā)現(xiàn)，Gd和Nd能夠增強過冷液體的穩(wěn)定性，并且可以抑制晶相的產(chǎn)生，從而提高非晶形成能力；但是稀土元素會導致非晶合金的硬度和強度有不同程度的降低，合金硬度隨著稀土元素Gd含量的增加而降低，然而合金硬度隨著Nd含量的增加先增加后降低。這是因為Gd和Nd的外層電子會減弱其與其他元素之間的鍵合力[21]。1.2非晶的弛豫行為1.2.1非晶形成液體的弛豫在非晶態(tài)合金中弛豫行為無處不在，它是非晶合金的本質(zhì)特點。弛豫是指在外界因素影響下，一個偏離了原來平衡態(tài)或者亞穩(wěn)態(tài)的體系回復到原來狀態(tài)的過程。如圖1.2所示，金屬玻璃在不同的介電頻率下會表現(xiàn)出多重的弛豫行為[22]。在頻率大約為10-2Hz的低頻段，表現(xiàn)為主弛豫（α弛豫）過程，在頻率范圍為103—109Hz較高的頻率段，表現(xiàn)為二次弛豫（β弛豫）和快β弛豫行為，在頻率大約為1012Hz更髙的頻率段，甚至會出現(xiàn)玻色峰。圖1.2極寬的頻率范圍內(nèi)玻璃形成材料中介電損耗譜的示意圖[22]Fig.1.2Schematicdiagramoftheintermediateelectricallossspectrumofglassformingmaterialsinawidefrequencyrange[22]
沈陽工業(yè)大學碩士學位論文4在這些弛豫里面，α弛豫為主要的弛豫模式，與粘性流動和玻璃轉(zhuǎn)變有著直接的關系，它是作為金屬玻璃物理性質(zhì)的核心特征。當α弛豫在低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度處被凍結(jié)后，β弛豫將成為另外一種重要的弛豫[23-27]。值得注意的是，β弛豫已經(jīng)成為研究和解釋非晶態(tài)材料的重要途徑[25,26]。在聚合物玻璃中，第一次在遠低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的地方發(fā)現(xiàn)了β弛豫，20世紀70年代之前，研究者們一直認為β弛豫與高分子支鏈運動具有相關性，自從發(fā)現(xiàn)β弛豫同樣也存在于一系列無支鏈的有機物和一部分小分子金屬玻璃材料中[28]，這種觀點才得以改變，就此研究者們對于β弛豫本質(zhì)的研究熱情再次被點燃。β弛豫的形成如圖1.3所示，當液體處于高溫時，只有一個弛豫峰存在。而當溫度降低至Tc，大約為1.2Tg這一臨界溫度以下時，這個單一的弛豫模式將會分解為α弛豫和β弛豫，當溫度低至Tg以下時，α弛豫被凍結(jié)，因此只有β弛豫的存在[29]。圖1.3玻璃形成液體體系中α弛豫和β弛豫隨溫度的變化關系[29]Fig.1.3αrelaxationandβrelaxationinglassformingliquids[29]1.2.2非晶合金的弛豫非晶合金中的弛豫通常是用動態(tài)熱機械分析儀來觀測到的[30-32]，動態(tài)熱機械分析是一種對流動行為和弛豫行為極其靈敏的探究手段。用動態(tài)熱機械分析可以敏感探測到金屬玻璃中多種運動和轉(zhuǎn)變，其在頻率和振幅都較低的條件下就能得到能反映試樣細微結(jié)構(gòu)的內(nèi)耗信息，動態(tài)模量為EEiE，其中，存儲模量cos00E，損耗模量sin00E[33,34]。存儲模量代表著彈性的部分，而損耗模量則表示黏性的部分也就是指能量消耗。如圖1.4所示，在動態(tài)力學譜分析上，不同的金屬玻璃的β弛豫的表現(xiàn)形式均有所
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