添加稀土Dy对Cu 50 Zr 46 Al 4 合金的非晶形成能力和力学性能的影响

发布时间：2021-02-04 00:54

　　使用铜模吸铸法制备Cu_50-xZr₄₆Al₄Dyx（x=0～4）系列合金,研究了Dy对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,添加1%～2%（原子分数）的Dy能明显提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的热稳定性和非晶形成能力。添加适量的Dy能提高体系的强度和塑性变形能力。还讨论了添加Dy元素影响Cu_50-xZr₄₆Al)4Dy_x体系非晶形成能力和力学性能的机理。 

【文章来源】：材料研究学报. 2020,34(08)北大核心

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【部分图文】：

不同直径Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)试样的XRD图谱

上述实验结果表明，Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)合金具有良好的热稳定性和非晶形成能力。负混合焓是形成金属玻璃的有利条件[20]，而Cu-Dy和Al-Dy的混合焓分别为-22 kJ/mol和-39 kJ/mol[19]，即Dy元素的引入使其与Cu和Al之间产生了较大的负混合焓，从而更加有利于Cu50-xZr46Al4Dyx体系形成金属玻璃合金。另一方面，Dy元素与体系中主要元素的原子尺寸差都大于23%(Cu、Zr、Al和Dy原子半径分别为0.128、0.160、0.143和0.177 nm),Dy原子与周围其他原子的失配使其周围环境产生大幅度畸变，从而提高体系的无序度，使合金的非晶形成能力提高[21]。2.2 添加Dy对Cu50Zr46Al4合金力学性能的影响

图4给出了直径为1.5 mm的Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)合金压缩试样的断裂面形貌，可见所有试样均表现为典型的非晶断口形貌[22]。在压缩受力过程中蓄积的弹性变形能以绝热方式迅速释放，使材料局部软化，形成粘滞流变层，在断口出现大量清晰可见的脉状纹络[23]。越是脆性金属玻璃其脉状纹络越细小光滑，因此粗大的脉状纹络是韧性金属玻璃压缩断裂的主要特征[24]。Cu46Zr46Al4Dy4试样虽然已有部分晶化，但其断口形貌依然呈现出典型非晶断裂形貌特征。对比各试样的断口形貌，Cu49Zr46Al4Dy1试样断口脉状纹络的密度和宽度最大(图4b)，大量清晰可见，周期排布的脉状纹路反映了合金较好的塑性变形能力。其原因可能是，添加微量的Dy有利于剪切带的增生而非直接形成裂纹发生脆断[25～27]，在形变过程中能形成更多的剪切带，进而提高合金的塑性。Cu49Zr46Al4Dy1试样的断口形貌，表明其具有较高的压缩强度和塑性变性能力。Qiao等[19]的研究结果也指出，添加Dy会在一定程度上修正体系的塑性变形能力和动力学弛豫过程。此外，添加Dy元素使Cu50Zr46Al4合金具有更加无序的原子结构，增加体系的自由体积，从而有利于合金塑性的提高。添加适量Dy的合金，在压缩过程中表现出明显的屈服过程和加工硬化行为。这种屈服过程、加工硬化和塑性变形行为，可能是合金强度提高的原因。图4 直径1.5 mm的Cu50-xZr46Al4Dyx(x=0～4)BMG的压缩断裂形貌


本文编号：3017442