锆基非晶合金表面镀膜及其增韧机理的研究

发布时间：2017-04-14 10:08

  本文关键词：锆基非晶合金表面镀膜及其增韧机理的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：块体非晶合金由于其本身长程无序的结构特点而具有许多独特的性能。例如高硬度和高弹性极限以及良好的耐蚀和耐磨损性能。此外由于块体非晶合金在结构和功能材料的潜在应用价值获得了广泛的关注。一般而言,这些卓越的性能往往伴随着室温下的低塑性。本研究表明非晶合金的变形主要依赖于在变形过程中剪切带的形成,这不同于传统晶态材料的变形机制。力学加载过程中,非晶合金在没有任何阻碍的情况下剪切带会高度局域化进而产生剪切软化而引起非晶合金的破坏。这一灾难性的脆性破坏严重地限制了非晶合金在室温下作为结构材料的应用。本研究在非晶合金表面沉积了三种不同的镀层。其一,在成分为Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(Vit.105)的非晶合金表面通过电镀的方法沉积晶体铜膜,并且研究了铜镀层对非晶合金在室温加载时的压缩力学性能和锯齿流变行为的影响;其二,采用化学镀的方法在成分为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(Vit.1)的非晶合金表面沉积Ni-P非晶合金镀层,并研究了镀膜层对非晶合金在室温下压缩力学性能的影响;其三,同样选择成分为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(Vit.1)的非晶合金基体,采用电镀以及化学镀相结合的方法在其表面镀Ni和Ni-P双层膜,研究多层镀层在室温下对非晶合金的力学行为的影响,并且比较单层膜和多层膜对力学行为影响的差别。本研究的结果总结如下:(1)对镀膜和未镀膜的Vit.105非晶合金的实验结果表明铜镀层提高了非晶合金在室温下的压缩塑性。厚度为161.1μm铜镀层使非晶合金的室温压缩塑性提高到6.1%,而未镀膜样品塑性仅为1.7%,镀膜后样品的塑性提高了三倍。这主要是由于变形过程中铜镀层吸收应变能并且限制剪切带的扩展,从而导致非晶合金在室温下的塑性提高。此外,比较不同厚度镀层发现,镀层越厚非晶合金的室温塑性提高的幅度越大。(2)锯齿流变行为是在反复的加载和卸载过程中形成,并且镀膜后的样品的锯齿流变行为表明铜镀层提高了非晶合金的塑性。结果表明具有不同厚度的镀层的非晶合金的锯齿流变行为比未镀膜样品的更加稳定。(3)采用化学镀的方法在成分为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(Vit.1)的非晶合金表面沉积具有不同p H和厚度的Ni-P合金镀层。其中镀层的磷含量明显受到p H值的影响。根据XRD测试结果表明不同的p H值会对Ni-P合金镀层的结构产生影响。(4)在非晶合金表面镀Ni-P非晶镀层形成了特殊的非晶/非晶的层状结构并且呈现出大的塑性。其中镀层厚度为86.5μm的非晶合金的室温塑性为10.6%是未镀膜样品的5.9倍。这是由于非晶镀层提供的径向束缚力而导致在镀层与非晶合金界面形成高密度的剪切带。(5)结合电镀和化学镀的方法在锆基非晶表面镀Ni和Ni-P双层膜。沉积镀层后,Ni-P/Ni/Vit.1形成了非晶/晶体/非晶的三明治特殊结构。由纳米探针实验证明,由此得到的结构同时形成了硬/软/硬的特殊复合材料,并且这种结构使得非晶合金室温下的最大塑性可以达到21.3%,是未镀膜Vit.1非晶合金塑性的11.2倍。这一结果表明多层镀膜对非晶合金的室温下的压缩塑性的提高程度要远高于单层镀膜。
【关键词】：块体非晶合金 非晶复合材料 化学镀 电镀 力学性能 剪切带
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 非晶合金材料概述11-16
• 1.1.1 非晶合金的定义11-12
• 1.1.2 非晶合金的发展概况12-14
• 1.1.3 非晶合金的性能14-16
• 1.2 非晶合金形成的基本原理16-17
• 1.2.1 非晶合金形成的热力学条件16-17
• 1.2.2 非晶合金形成的动力学条件17
• 1.3 非晶合金及其复合材料的制备方法17-18
• 1.3.1 吸铸法17-18
• 1.3.2 定向凝固法18
• 1.3.3 水淬法18
• 1.3.4 高压铸造法18
• 1.4 非晶合金的应用18-20
• 1.5 本研究的意义20-23
• 第二章 非晶合金材料的镀膜及表征23-29
• 2.1 实验样品制备23-24
• 2.1.1 原料的配置23
• 2.1.2 块体非晶合金的制备23-24
• 2.1.3 实验样品的制备24
• 2.2 电镀和化学镀工艺24-26
• 2.2.1 电镀铜和电镀镍工艺24-25
• 2.2.2 化学镀镍磷合金工艺25-26
• 2.3 力学性能测试26-27
• 2.3.1 准静态压缩测试26
• 2.3.2 纳米探针测试26-27
• 2.4 成分及形貌分析27-29
• 2.4.1 XRD射线衍射分析27
• 2.4.2 金相显微镜27
• 2.4.3 扫描电子显微镜27-29
• 第三章 电镀铜对非晶合金力学性能的影响29-39
• 引言29
• 3.1 电镀铜的实验原理29-30
• 3.2 电镀铜非晶合金的力学性能30-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第四章 化学镀镍磷合金对非晶合金力学性能的影响39-47
• 引言39
• 4.1 化学镀镍磷合金机理39-41
• 4.2 化学镀镍磷合金后的力学性能41-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第五章 双层膜镀对非晶合金力学性能的影响47-59
• 引言47
• 5.1 镀双层膜的实验原理过程47-48
• 5.2 镀双层膜非晶合金的力学性能48-57
• 5.3 本章小结57-59
• 第六章 结论59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69

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3 本报记者 倪e，

本文编号：305755