稀土元素对cuzral系块体非晶合金形成能力的影响及力学性能研究

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1、摘要本文采用铜模吸铸法成功制备了一系列的cIlZrAl．M系块体非晶合金，采用X射线衍射仪(Ⅺm)、示差扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计以及压缩实验等测试了cu46zr47一xAl7M。(M=ce、Pr、Tb、Gd；x=2，4，5)块体非晶合金的结构、热学性能和力学性能。并分析了稀土元素对cuzrAIM系合金玻璃形成能力及部分性能的影响因素。论文的主要工作包括以下几个方面：(1)通过添加稀土元素替换Zr的方法，分别探讨了不同族稀土元素，不同含量稀土元素对C曲AlM系合金玻璃形成能力的影响：合金Cu50zr50的研究表明，添加6％的Ce、Pr稀土

2、元素替代相同含量的(Cuzr)后，并未能提高cu50zr50的玻璃形成能力；添加6％的Ti，吸铸直径3mm的(Cu50zr50)94Ti6合金试样中以非晶相为主，同时存在少量的晶态相；添加Al制各直径3咖的(cu50zr50)loo一。Al。(x一4，6，8)合金，当x=4时，该合金为完全晶态合金，当x增加到6和8时，该合金表现为完全非晶态合金。合金cu46Zr47A17的研究结果表明，添加ce、Pr稀土元素替代相同含量的Zr时，随着稀土含量的增加，玻璃形成能力先增大后减小，当添加4％时达到最大，能够制得直径为5mm的Cll46Zr43A17M4(M=Ce，·Pr)非晶合金

3、：添加Tb稀土元素时，能够制得直径为5rnm的Cll46Z“7一。A17Tb)【(X_2，4，5)非晶合金，表明添加Tb有利于玻璃形成能力的提高，而Tb添加量的变化对玻璃形成能力并无多大影响：对于添加Gd稀土元素的合金，当添加2％和4％时，仅能制得直径为5mm的非晶合金，当Gd含量增加到5％时，玻璃形成能力进一步提高，能制得直径8mm的非晶合金。当其直径增大到lOmm时，合金为完全晶态合金。(2)对块体非晶试样进行Dsc热分析，在升温速率为20℃／min时，分析结果表明：添加稀土元素ce、Pr、Tb、Gd后，合金的晶化起始温度Tx和晶化峰值温度Tp均向低温区移动，且Tx均为

4、480℃左右，Tp均为490℃左右，而玻璃转变温度k的变化则较复杂，T。随着添加元素的不同和含量的变化而变化。整体上看，过冷液相区△Tx均变小。广东工业大学工学硕士学位论文Cu46Zr43A17M4(M=Ce，Pr)和Cu46Z“7一xAl7M。(M=Tb，Gd；x=2，4，5)块体非晶均具有较高的玻璃形成能力及良好热稳定性，L在410℃以上，△T。在47～77K之间，连续升温过程表现为单级晶化行为。cll46z“2A17Gd5非晶合金的Tg为409．6℃，T。为486．4℃，Tp为492．8℃，其△Tx与cll46z“7A17非晶合金的△Tx非常接近，为76．8℃。(3)

5、采用不同升温速率研究cu46z“2A17Gd5块体非晶试样的晶化行为，所选用的升温速率依次为12I(／miIl、20K／mn28刚min，用Kissh培er法和0za啪法计算得出的各阶段的激活能△Eg、△Ex、△EP分别为：340．7kJ／mol、211．3kJ／Inol、211．3kJ／mol和334．8kJ／m01、210．3kJ／mol、210．3kJ／mol。(4)块体非晶试样的显微硬度测试结果表明：合金试样的显微硬度随添加稀土元素和含量的变化而变化，添加4％的Ce、Pr、Tb、Gd时，添加Tb的合金试样的显微硬度最大，为Hv568；添加Pr的最低，仅为Hv479。

6、Tb和Gd添加量的变化对合金的显微硬度影响不大，且添加Tb的合金均高于添加Gd的合金。(5)cll46z“3A17M4(M[_Ce，Gd，Tb)块体非晶合金的压缩断裂强度o。f分别为407MPa、712MPa、1011MPa，相对压缩率分别为1．56％、2．8％、3．3％。压缩试样与应力轴平行开裂或撕裂成两个或几个部分，压缩断裂角接近于Oo，均为典型的脆性断裂。关键词：铜基非晶；玻璃形成能力；热稳定性：晶化动力学；力学性能ABSTRACTAseriesofCuzrA卜basedbulkmetallic出嬲sy(BMG)alloys、verepreparedbymeansof

7、coppe卜m01dvacuumsudioncasting．Theglassystructure，thermalstabiJi吼四ass—fbrfTlingabiIi州GFA)aIldmechanicalpropertiesofthesea¨oyswithnomillalcompositionofcll46zr47一xAl7Mx(M=Ce，Pr，Tb，Gd；x=2，4，5)wereinvestigatedbydifFerentialscaIlIlingcalorimeter(DSC)，x-raydi倚action(