镁基非晶复合材料的制备与性能研究

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1、郑州大学硕士学位论文摘要镁基非晶态合金因具有轻质高强度的优点，同时又表现出较强的玻璃形成能力而受到关注，但由于金属玻璃类似于脆性材料的力学行为，限制了它的应用。本工作通过对材料的设计，选取M965Cu25Gdlo为玻璃基体，碳纳米管、co、n为增强相，采用铜模铸造法制得镁基非晶复合材料研究了Mg．Cu-Gd基多元合金系分别添加碳纳米管、钴、钛后制得的金属玻璃复合材料的热稳定性和力学性能。采用X射线衍射()(】王D)对铸态圆棒横截面进行分析，由差示扫描量热计(DSC)表征评价块体金属玻璃及其复合材料的玻璃转变与晶化行为，通过万能材料实验机测定材料的压缩性能。得到以下结果：(

2、1)采用铜模铸造法制备出直径分别为2mm、3mm的M965Cu25Gdlo金属玻璃和直径为2mm的碳纳米管增强镁基复合材料。XRD分析表明在CNTs-M965Cu25Gdlo合金的基体中有CNTs存在。对碳纳米管增强镁基复合材料的热稳定性进行了测试和分析，得到该材料玻璃转变和晶化的表观激活能，分别139kJ．toolo和154kJ．mol～，晶化速率常数为O．582s一。通过添加CNTs前后金属玻璃力学性能的比较发现，CNTs的加入使材料的压缩强度提高了近180MPa，升幅达27．7％(2)采用铜模铸造法获得直径分别为2mm和3mm的M965Cu20GdloC05镁基合金

3、棒，运用此工艺制得的M965Cu20GdloC05的最大直径为2mm，临界冷速为250K／s。XRD分析表明，2mm的M965Cu20GdloC05镁基合金棒为完全的非晶态结构，而在3mm的M965Cu20GdloC05镁基合金棒中有Co析出，即形成了hcp-Co／M965Cu20GdloC05的非晶，纳米晶双相结构。DSC分析表明，M965Cu20GdtoC05与M965Cu25Gdlo的过冷液相区宽度相差不大，但多级晶化现象明显，其晶化机理更加复杂。添加5at％Co后的镁基合金玻璃转变温度R和晶化温度Tx均向高温区偏移。(3)综合利用电弧炉熔炼和感应熔炼制备Mg基合金

4、的母合金，然后在氩气保护气氛下利用水冷铜模铸造法成功制各出(M965Cu25Gdlo)100。Ti。(x=O，2．5，5，7．5)镁基非晶复合材料。该材料的组织随着n元素原子百分含量的增加由完郑州大学硕士学位论文全非晶态结构变为非晶基体加既析出晶体相。Mg基金属玻璃复合材料(M965Cu2sGdlo)lo嘛Ti。(x=O，2．5，5，7．5)的DSC分析结果表明：在玻璃转变阶段，随着X的增大，晶化放热峰由两个增加到三个，而且趋势越来越明显；在熔化阶段，熔化峰也随着合金中n含量的增加由单一的吸热峰演变成两个高低不等的吸热峰。分析表明，合金在快冷过程中，Mg基固溶体作为竞争领

5、先相首先从液相中析出，此时的液相成分具有较高的非晶形成能力，在一定的冷却速度下，金属间化合物的析出受到抑制，剩余的液相转变为非晶态组织。加入钛后的镁基金属玻璃复合材料同不加钛时的合金相比，断裂强度和塑性变形能力都有了不同程度的提高，塑性变形中也出现了明显的加工硬化现象。尤其是(M965Cu25Gdlo)1舡5n5金属玻璃复合材料的压缩强度达到977MPa，塑性变形能力也达到了0．5％。关键词：金属玻璃；复合材料；镁；玻璃形成能力；力学行为Ⅱ郑州大学硕士学位论文ABSTRACTMagnesium-basedamorphousalloyshaveattractedconsid

6、erableattentionduetofight-weight,high-strengthandagoodbulkglassformingability(OFA)．However,theapplicationshavebeenlimitedbecausetheMg—basedbull【metallicglass(BMG、5UlCerSfromlowductilityproblems．Inthiswork,itwasdemonstratedthatacompositedesignstrategytoachievebulkmetallicglassbasedlight-we

7、ightMgflloys．Carbonnanotubes(CNTs)，Co，TiwereaddedintotheM96sCu2sGdl0bulkmetallicglassformingalloystoformthebulkmetallicglasscomposites．Thecross-sectionalSILrfjacesofthe硒-castrodswereexaminedusingX-mydiffraction(Ⅺ①)．ThethermalstabilityoftheglassandcompositesWasinvest