Y元素对Cu-Zr-Al-Y非晶合金弛豫与压缩行为影响的研究
发布时间：2021-08-22 08:19
非晶合金在很多性能方面表现出明显的优势,具有成为重要工程材料的潜力,但由于室温的塑性较差,也严重的影响了其实际的应用。弛豫是过冷液体和非晶中固有的普遍特征,对于理解物理和材料科学中的关键问题具有重要意义,如玻璃转变现象、扩散、物理老化、塑性变形机理、玻璃材料的稳定性或结晶等。在非晶体系中,稀土基非晶合金一般具有明显的β弛豫,同时这种材料更有可能具有塑性,由此可见,探究成分与非晶弛豫和塑性变形的关系具有重要意义。因此,本课题研究了Y元素对Cu-Zr-Al-Y非晶合金β弛豫和压缩行为的影响。本文首先制备出具有完全非晶结构的Cu46Zr47-xAl7Yx（x=1,3,5）铸态合金,利用差示扫描量热仪分别检测出了非晶合金试样的玻璃转变温度、晶化温度和过冷液相温度区,结果表明,过冷液相温度区随着Y元素含量的增加而有所提高,从而得到在此Cu基非晶合金体系中,Cu46Zr42Al7Y5非晶合金具有更强的非晶形成能力和热力学稳定...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Cu基块体非晶合金与其他非晶合金以及晶态合金的杨氏模量和拉伸强度的关系[15]
第1章绪论3结构；而且Y-Al、Y-Cu以及Zr-Cu之间由于有着较大的负混合焓的存在，使得元素间的相互作用增加，并且促使各元素之间短程有序结构的形成，抑制了长程有序的结晶过程。中国石油大学的研究小组也通过实验证实了在Cu-Zr-Al非晶体系中添加少量的Y元素能够显著提高非晶形成能力[20]。2008年，兰州理工大学的研究小组在Cu-Zr-Al非晶体系中分别添加稀土金属Gd和Nd元素，研究发现，Gd和Nd能够增强过冷液体的稳定性，并且可以抑制晶相的产生，从而提高非晶形成能力；但是稀土元素会导致非晶合金的硬度和强度有不同程度的降低，合金硬度随着稀土元素Gd含量的增加而降低，然而合金硬度随着Nd含量的增加先增加后降低。这是因为Gd和Nd的外层电子会减弱其与其他元素之间的键合力[21]。1.2非晶的弛豫行为1.2.1非晶形成液体的弛豫在非晶态合金中弛豫行为无处不在，它是非晶合金的本质特点。弛豫是指在外界因素影响下，一个偏离了原来平衡态或者亚稳态的体系回复到原来状态的过程。如图1.2所示，金属玻璃在不同的介电频率下会表现出多重的弛豫行为[22]。在频率大约为10-2Hz的低频段，表现为主弛豫（α弛豫）过程，在频率范围为103—109Hz较高的频率段，表现为二次弛豫（β弛豫）和快β弛豫行为，在频率大约为1012Hz更髙的频率段，甚至会出现玻色峰。图1.2极宽的频率范围内玻璃形成材料中介电损耗谱的示意图[22]Fig.1.2Schematicdiagramoftheintermediateelectricallossspectrumofglassformingmaterialsinawidefrequencyrange[22]
沈阳工业大学硕士学位论文4在这些弛豫里面，α弛豫为主要的弛豫模式，与粘性流动和玻璃转变有着直接的关系，它是作为金属玻璃物理性质的核心特征。当α弛豫在低于玻璃转变温度处被冻结后，β弛豫将成为另外一种重要的弛豫[23-27]。值得注意的是，β弛豫已经成为研究和解释非晶态材料的重要途径[25,26]。在聚合物玻璃中，第一次在远低于玻璃转变温度的地方发现了β弛豫，20世纪70年代之前，研究者们一直认为β弛豫与高分子支链运动具有相关性，自从发现β弛豫同样也存在于一系列无支链的有机物和一部分小分子金属玻璃材料中[28]，这种观点才得以改变，就此研究者们对于β弛豫本质的研究热情再次被点燃。β弛豫的形成如图1.3所示，当液体处于高温时，只有一个弛豫峰存在。而当温度降低至Tc，大约为1.2Tg这一临界温度以下时，这个单一的弛豫模式将会分解为α弛豫和β弛豫，当温度低至Tg以下时，α弛豫被冻结，因此只有β弛豫的存在[29]。图1.3玻璃形成液体体系中α弛豫和β弛豫随温度的变化关系[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动态热机械分析仪来观测到的[30-32]，动态热机械分析是一种对流动行为和弛豫行为极其灵敏的探究手段。用动态热机械分析可以敏感探测到金属玻璃中多种运动和转变，其在频率和振幅都较低的条件下就能得到能反映试样细微结构的内耗信息，动态模量为EEiE，其中，存储模量cos00E，损耗模量sin00E[33,34]。存储模量代表着弹性的部分，而损耗模量则表示黏性的部分也就是指能量消耗。如图1.4所示，在动态力学谱分析上，不同的金属玻璃的β弛豫的表现形式均有所
本文编号：3357375
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Cu基块体非晶合金与其他非晶合金以及晶态合金的杨氏模量和拉伸强度的关系[15]
第1章绪论3结构；而且Y-Al、Y-Cu以及Zr-Cu之间由于有着较大的负混合焓的存在，使得元素间的相互作用增加，并且促使各元素之间短程有序结构的形成，抑制了长程有序的结晶过程。中国石油大学的研究小组也通过实验证实了在Cu-Zr-Al非晶体系中添加少量的Y元素能够显著提高非晶形成能力[20]。2008年，兰州理工大学的研究小组在Cu-Zr-Al非晶体系中分别添加稀土金属Gd和Nd元素，研究发现，Gd和Nd能够增强过冷液体的稳定性，并且可以抑制晶相的产生，从而提高非晶形成能力；但是稀土元素会导致非晶合金的硬度和强度有不同程度的降低，合金硬度随着稀土元素Gd含量的增加而降低，然而合金硬度随着Nd含量的增加先增加后降低。这是因为Gd和Nd的外层电子会减弱其与其他元素之间的键合力[21]。1.2非晶的弛豫行为1.2.1非晶形成液体的弛豫在非晶态合金中弛豫行为无处不在，它是非晶合金的本质特点。弛豫是指在外界因素影响下，一个偏离了原来平衡态或者亚稳态的体系回复到原来状态的过程。如图1.2所示，金属玻璃在不同的介电频率下会表现出多重的弛豫行为[22]。在频率大约为10-2Hz的低频段，表现为主弛豫（α弛豫）过程，在频率范围为103—109Hz较高的频率段，表现为二次弛豫（β弛豫）和快β弛豫行为，在频率大约为1012Hz更髙的频率段，甚至会出现玻色峰。图1.2极宽的频率范围内玻璃形成材料中介电损耗谱的示意图[22]Fig.1.2Schematicdiagramoftheintermediateelectricallossspectrumofglassformingmaterialsinawidefrequencyrange[22]
沈阳工业大学硕士学位论文4在这些弛豫里面，α弛豫为主要的弛豫模式，与粘性流动和玻璃转变有着直接的关系，它是作为金属玻璃物理性质的核心特征。当α弛豫在低于玻璃转变温度处被冻结后，β弛豫将成为另外一种重要的弛豫[23-27]。值得注意的是，β弛豫已经成为研究和解释非晶态材料的重要途径[25,26]。在聚合物玻璃中，第一次在远低于玻璃转变温度的地方发现了β弛豫，20世纪70年代之前，研究者们一直认为β弛豫与高分子支链运动具有相关性，自从发现β弛豫同样也存在于一系列无支链的有机物和一部分小分子金属玻璃材料中[28]，这种观点才得以改变，就此研究者们对于β弛豫本质的研究热情再次被点燃。β弛豫的形成如图1.3所示，当液体处于高温时，只有一个弛豫峰存在。而当温度降低至Tc，大约为1.2Tg这一临界温度以下时，这个单一的弛豫模式将会分解为α弛豫和β弛豫，当温度低至Tg以下时，α弛豫被冻结，因此只有β弛豫的存在[29]。图1.3玻璃形成液体体系中α弛豫和β弛豫随温度的变化关系[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动态热机械分析仪来观测到的[30-32]，动态热机械分析是一种对流动行为和弛豫行为极其灵敏的探究手段。用动态热机械分析可以敏感探测到金属玻璃中多种运动和转变，其在频率和振幅都较低的条件下就能得到能反映试样细微结构的内耗信息，动态模量为EEiE，其中，存储模量cos00E，损耗模量sin00E[33,34]。存储模量代表着弹性的部分，而损耗模量则表示黏性的部分也就是指能量消耗。如图1.4所示，在动态力学谱分析上，不同的金属玻璃的β弛豫的表现形式均有所
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