铜基非晶合金玻璃形成能力的研究

发布时间：2017-04-28 05:13

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【摘要】：非晶态合金是金属熔体经快速冷却可得到具有玻璃特性的固体材料。它具有近程有序和远程无序的独特内部原子结构。非晶态合金相比传统晶态合金材料有很高强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性,在过冷液相区间内有超塑流变行为,可以通过挤压成型等方法制备出复杂形状的精密零件,这些优异的性能使非晶合金成为极具应用前景的材料,受到各国学者的关注。但是,非晶合金的玻璃形成能力较低、塑性变形能力差制约了材料的广泛应用。因此,本文系统研究铜基非晶合金玻璃形成能力和力学性能具有重要的理论价值和工程意义。 本文通过铜模吸铸法制备了多种Cu-Zr-Al系非晶合金,采用XRD、DSC、TEM等方法,对其玻璃形成能力进行了研究。分析了第四组元对其玻璃形成能力的影响。研究结果表明： 1.对Cu92-xZrxAly(x=36-47at.%、y=6-10at.%)合金进行研究分析,发现Zr的原子含量对其玻璃形成能力影响显著,提高Zr的原子含量可以增大合金的玻璃形成能力。当Zr的含量为x=42-47at.%和Al含量为8at.%时,合金的玻璃形成能力最佳；可以制备出直径为3mm非晶合金,Cu45Zr47Al8合金制备出最大直径为5mm的非晶合金。 2.对Cu47Zr45Al8-xAgx(x=2、4、6at.%)合金进行研究,发现添加4at.%的Ag元素可以提高合金的玻璃形成能力。Cu47Zr45Al4Ag4非晶合金最大直径为4.5mm。 3.对(Cu47Zr45Al8)100-xYx(x=1-4at.%)合金进行研究,发现添加稀土元素Y可以显著提高合金的玻璃形成能力。(Cu45Zr47Al8)98Y2和(Cu45Zr474Al8)97Y3非晶合金最大直径可达9mm。 4. Cu-Zr-Al三元非晶合金拥有优异的力学性能,非晶合金的断裂强度接近2000MPa：非晶合金的压缩断裂强度随着Zr含量增大而变大,压缩应变也相应变大；Zr原子含量为47时,非晶合金有较好的压缩应变。Cu47Zr47Al6非晶合金的断裂强度为1929MPa、塑性变形3.4%。研究发现(Cu45Zr47Al8)100-xYx非晶合金,随稀土Y含量增加非晶合金的硬度逐渐降低,并表现出更好的塑性。 5.对Cu65Zr35-xTix (x=5、10、15、20、25、30at.%)合金进行研究,不能制备出3mm以上的非晶合金；通过对Cu60Zr30Ti10合金添加第四组元Al、Ti、Y,发现(Cu6oZr3oTi10)98Y2合金可以制备出3mm的非晶态合金。
【关键词】：铜基非晶合金 玻璃形成能力 稀土 微合金化 力学性能
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 非晶合金的发展历史10-13
• 1.2 非晶合金形成理论13-18
• 1.2.1 大块非晶合金的形成理论13-14
• 1.2.2 非晶态合金的结构模型14-15
• 1.2.3 非晶态合金形成热力学条件15-16
• 1.2.4 非晶态合金形成动力学条件16-18
• 1.3 非晶态合金玻璃形成能力判据18-20
• 1.3.1 约化玻璃转化温度T_(rg)18-19
• 1.3.2 过冷液相区△T_x19
• 1.3.3 γ参数19-20
• 1.3.4 K_(gl)参数20
• 1.4 非晶合金的制备方法20-22
• 1.4.1 溶剂包敷法20
• 1.4.2 铜模吸铸法20-21
• 1.4.3 铜模喷铸法21
• 1.4.4 水淬法21
• 1.4.5 定向凝固法21
• 1.4.6 机械合金化法21-22
• 1.4.7 粉末压缩成型法22
• 1.5 非晶合金的性能及应用22-23
• 1.5.1 力学性能22-23
• 1.5.2 物理性能23
• 1.5.3 化学性能23
• 1.6 本文研究的依据和主要内容23-25
• 2 实验过程25-29
• 2.1 实验原料25
• 2.2 样品制备25-26
• 2.2.1 母合金的制备25-26
• 2.2.2 块体样品的制备26
• 2.3 样品表征26-27
• 2.3.1 结构分析26-27
• 2.3.2 断口形貌观察27
• 2.4 热力学分析27
• 2.5 力学性能测试27-28
• 2.5.1 样品硬度测试27
• 2.5.2 室温压缩性能测试27-28
• 2.6 实验具体步骤及流程28-29
• 3 三元Cu-Zr-Al非晶合金的制备分析29-36
• 3.1 Cu-Zr-Al合金的XRD衍射分析29-32
• 3.1.1 Cu_(92-x)Zr_xAl_8(x=36-41 at.%)合金的XRD分析29
• 3.1.2 Cu_(92-x)Zr_xAl_8(x=42-47 at.%)合金的XRD分析29-32
• 3.1.3 Cu_(55-x)Zr_(45)Al_x(x=6-10)合金试样的XRD结果分析32
• 3.2 Cu_(92-x)Zr_xAl_8(x=42-47at.%)合金的热稳定性分析32-34
• 3.3 分析与讨论34
• 3.4 本章小结34-36
• 4 第四合金元素对Cu-Zr-Al非晶合金玻璃形成能力的影响36-43
• 4.1 Cu-Zr-Al-Y合金的玻璃形成能力36-40
• 4.1.1 Cu-Zr-Al-Y非晶合金的热分析36-38
• 4.1.2 Cu-Zr-Al-Y非晶合金的XRD衍射分析38-40
• 4.2 Cu-Zr-Al-Ag合金的玻璃形成能力40-41
• 4.3 分析与讨论41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 Cu-Zr-Al合金系和Cu-Zr-Al-Y合金系的力学性能43-48
• 5.1 洛氏硬度的研究43-44
• 5.2 室温压缩性能的研究44-47
• 5.2.1 力学性能44-45
• 5.2.2 样品断口形貌分析45-47
• 5.3 本章小结47-48
• 6 Cu-Zr-Ti合金的制备及第四组元对其影响48-53
• 6.1 Cu-Zr-Ti合金的分析48-51
• 6.1.1 Cu-Zr-Ti合金的XRD衍射分析48-49
• 6.1.2 Cu-Zr-Ti合金的热力学分析49-51
• 6.1.3 Cu-Zr-Ti合金的组织分析51
• 6.2 第四组元对Cu-Zr-Ti合金的影响51-52
• 6.3 本章小结52-53
• 7 结论53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文58-59
• 致谢59-62
• 附录62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张涛,门华,怓云洁;Cu-Zr-Ti块体非晶合金的形成及其力学性能[J];北京航空航天大学学报;2004年10期

2 田学雷,赵生旭,陈熙琛;Zr-Ti-Ni-Cu-Be大块非晶合金的制备工艺[J];山东工业大学学报;1999年04期

3 徐锦锋,魏炳波;急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律[J];物理学报;2004年06期

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本文编号：332185