基于模量法则的铜锆体系金属玻璃设计及其性能研究

发布时间：2017-04-30 21:02

  本文关键词：基于模量法则的铜锆体系金属玻璃设计及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属玻璃是一种新型非晶态合金材料,内部原子呈现长程无序结构,内部大量的自由体积使其不具有晶态金属材料那样稳定的原子结构,然而这种特殊的内部结构,导致金属玻璃具有超高的强度和弹性。但另一方面,无序的原子结构导致金属玻璃在室温表现出宏观脆性,这限制了金属玻璃的应用。本文根据模量法则设计铜锆体系金属玻璃,通过模量设计优化金属玻璃的力学性能,同时兼顾材料体系的非晶形成能力,从而得到综合性能优异的铜锆基金属玻璃材料。根据金属玻璃材料的弹性模量和力学性能之间的关系可以设计金属玻璃的成分。弹性模量与金属玻璃的结构、热力学稳定性、玻璃转变温度密切相关,这些因素决定金属玻璃的形成能力必然与弹性模量有所关联。杨氏模量与体积模量的比值E/K越大合金的玻璃形成能力就越好,因此可以通过模量法则设计具有大E/K值的体系以获取玻璃形成能力的提高。另一方面,弹性模量也与金属玻璃的力学性能密切相关,研究发现金属玻璃体系的泊松比越大其塑性变形能力也越好,弹性模量值越大强度和硬度也越高。因此,可以通过模量法则,优化各组元的配比,力争获取优良玻璃形成能力的同时兼顾力学性能的提高。经过模量法则的设计发现Cu_(50)Zr_(50)成分附近的玻璃形成能力最强,CuxZr100-x、(Cu Zr)100-xAlx体系具有优良的玻璃形成能力和力学性能。第一步通过模量法则优化Cu Zr二元基体的元素配比,使之达到最佳玻璃形成能力与力学性能的成分点,制备出具有优良玻璃形成能力的二元金属玻璃;第二步,在二元合金的基础上,根据模量法则选择元素合成三元金属玻璃体系,进一步提高合金的玻璃形成能力;最后根据需要,添加第四组元以实现该体系玻璃形成能力的突破。根据约化玻璃转变温度Trg、合金的临界尺寸tmax、临界冷却速率Rc等要素综合考察根据模量法则所设计出的金属玻璃的形成能力,总结了模量法则与传统热力学经验法则之间的联系。通过综合力学性能测试,得到所设计合金的力学性能,包括塑性、强度、硬度以及弹性模量等数据。最后,评估了模量法则设计的合金是否达到了优化力学性能的效果。结果表明,模量法则具有很好的适用性,设计的合金具有优良的玻璃形成能力和优异的力学性能。
【关键词】：金属玻璃 弹性模量 强度 塑性 玻璃形成能力
【学位授予单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 非晶态合金12
• 1.3 铜锆体系非晶态合金的发展12-15
• 1.4 金属玻璃的弹性模量15-16
• 1.5 研究目标和研究内容16-18
• 2 金属玻璃体系的设计方法18-24
• 2.1 金属玻璃形成能力的判据18-19
• 2.1.1 过冷液相区间△Tx18
• 2.1.2 约化玻璃转变温度Trg18-19
• 2.1.3 γ 参数19
• 2.2 金属玻璃设计的经验规律19-22
• 2.2.1 共晶准则20
• 2.2.2 Inoue经验准则20-21
• 2.2.3 混乱准则21
• 2.2.4 自由电子近似法21
• 2.2.5 价电子法21-22
• 2.2.6 等电子浓度法22
• 2.3 基于模量法则的铜锆体系金属玻璃的设计22-24
• 2.3.1 设计思路22-23
• 2.3.2 铜锆体系金属玻璃的设计23-24
• 3 实验与分析测试方法24-28
• 3.1 实验方法24-25
• 3.2 实验设备25-26
• 3.3 材料制备及测试方法26-28
• 3.3.1 金属玻璃制备26-27
• 3.3.2 压缩力学实验27
• 3.3.3 热分析实验27
• 3.3.4 硬度测试27-28
• 4 铜锆体系金属玻璃的形成能力28-41
• 4.1 铜锆基金属玻璃的形成能力表征28-34
• 4.2 形成能力分析34-37
• 4.3 铜锆基金属玻璃形成能力的影响因素37-38
• 4.3.1 结构因素37
• 4.3.2 键合条件37-38
• 4.4 铜锆体系金属玻璃的结构特征38-39
• 4.5 小结39-41
• 5 铜锆体系金属玻璃的力学性能41-55
• 5.1 弹性模量的计算41-47
• 5.2 塑性的测量47-49
• 5.3 铜锆基金属玻璃的形貌49-51
• 5.4 合金体系的脆性系数51-52
• 5.5 铜锆体系金属玻璃的变形机理52-54
• 5.6 小结54-55
• 6 结论55-56
• 6.1 总结55
• 6.2 有待进一步解决的问题55-56
• 参考文献56-62
• 附录62-63
• 致谢63

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