微合金化对cu基块体非晶合金的玻璃形成能力、热稳定性和力学性能的影响研究

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1、上海大学硕士学位论文摘要在过去十几年里，人们发现了许多新型多组元合金体系具有很高的非晶形成能力，能在非常低的冷却速率条件下，形成大尺寸的非晶合金。与传统的非晶合金相比，这些块体非晶合金通常具有很高的热稳定性，能呈现出明显的玻璃转变过程和很宽的过冷液相区。前期的研究成果显示，微合金化是进一步提高这些多组元块体非晶合金的形成能力和热稳定性的有效途径之一。为更深入理解微合金化对块体非晶合金形成能力、热稳定性和性能的影响，本文采用差示扫描分析仪(DSC)、X射线衍射仪(Ⅺ①)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)研究了Cu5

2、03Zr497．xMx(Mx=Mo，Nb2，Snl)，Cu46Zr47．xAl7Yx(X=0，2)块体非晶合金的玻璃转变动力学、非等温和等温晶化动力学。此外还研究了微量Y元素添加对Cu-Zr-A1基块体非晶合金力学性能的影响与微结构演化的关系。主要研究成果如下：1)利用vFT方程分析Cu基非晶合金玻璃转变动力学发现，2％Nb和1％Sn添加不同程度降低了Cu-Zr基非晶合金过冷液相微结构在玻璃转变温度Z附近对温度变化的敏感性，使其变得更“强”，即脆性指数值减小，而强度指数提高。2％Y元素添加对Cu．Zr-A1基非晶合

3、金过冷液相产生了类似的影响。研究还发现，Cu基非晶合金的脆性指数小和其组元数存在线性相关性，随着组元数的增多，其值变得越小。这说明除了尺寸效应、混合焓外，合金组元数是影响其过冷液相动力学特征的重要因素之一。显示出更“强”过冷液体行为的Cu基合金具有更高的非晶形成能力，但与其过冷液相抵抗晶化的热稳定性，即过冷液相区的宽度△z=正一L没有相关性。2)cu基块体非晶合金过冷液相的热稳定性，即过冷液相区的宽度△L与合金晶化反应速率常数K。存在线性相关性。合金过冷液相的K的值越低，则其热稳定性(抵抗晶化)越高，△r值越大。这

4、揭示了Cu基块体非晶合金过冷液相(抵抗晶化)的热稳定性不仅取决于合金原子成为激活原子团簇参与晶化反应所需的附加能量，即晶化驱动能，而且还与原子跃迁频率，参与晶化反应的几率，即频率因子(Z)密切相关。3)Cu基非晶合金等温形核和长大晶化机制符合Johnson-Mehl—Avrami(JMA)模型的描述。2％Nb和1％Sn添加使cu．Zr基非晶合金的等温晶化机制发生改变，同上海大学硕士学位论文时也增大合金晶化驱动能，降低合金晶化反应速率常数，从而提高了合金的热稳定性，使合金等温晶化孕育期和晶化反应放热峰宽的值更大。2％

5、Y添加改变了Cu-Zr-A1基非晶合金的等温晶化机制，同时也降低了台金的晶化驱动能，使合金具有更低的热稳定性。这与微量Y元素添加使合金发生相分离，在合金基体存在着纳米尺度淬态晶核有关。4)2％Y添加提高了Cu-Zr-A1基块体非晶合金的压缩塑性性能，使其锯齿流变延伸率增大，断裂应变占，从4．4％增大到5．4％，而断裂强度则从1941MPa降低到1845MPa。比较分析Cu46Zr47。灿7Yx(x=0，2)块体非晶合金的HRTEM数据和压缩试样断口和侧面SEM形貌表明，2％Y添加诱使Cu-Zr-A1基块体非晶合金过

6、冷液相发生相分离，形成由结构、性能和热稳定性不同的非晶相组成的复合结构。这有利于合金在压缩形变时，其中的剪切带形核和分叉，从而在断裂前形成更多的剪切带，使合金具有更高的塑性性能。关键字：Cu基块体非晶合金，微合金化，玻璃形成能力，热稳定性，力学性能Ⅱ上海大学硕士学位论文AbstractInthepastdecades，thediscoveryofnovelmulti-componentalloyswithextremelygoodglassformingability(GFA)enablesthesynthesis

7、ofbulkamorphousalloysatverylowcoolingrates．Comparedtoconventionalamorphousalloys，thebulkonesusuallyexhibitadistinctglasstransitionprocess，largesupercooledliquidregionandllighthermalstability诵threspecttocrystallization．Ithasbeenshowninpreviousstudiesthatminoral

8、loyingadditionisoneoftheeffectivewaystoenhancetheGFAandthermalstabilityofthesemulti-componentbulkmetallicglassformingalloys．Inthiswork,towellunderstandthemechanismsoftheminoralloyi