mgcugd（al）块体非晶合金的形成能力及力学行为研究

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1、郑卅l大学硕士学位论文摘要块体非晶合金具有高的强度、硬度、优异的耐磨性，因而吸引了广大材料工作者对其进行了大量的理论和应用研究。在各种块体非晶合金中，镁基块体非晶合金的玻璃形成能力强、比强度高且价格优廉，被认为是很有发展前景的结构材料。然而，与晶态合金相比，无论是基础理论，还是宏观性能和应用方面，都还存在很多问题有待解决。目前，镁基块体非晶合金的形成和力学性能的研究还很不系统，尤其在变形、断裂及微观机制等方面的研究仍存在很多的争议，因而需要进一步深入研究。本文以镁基块体非晶合金为研究对象，采用x射线

2、衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、光学显微镜(OM)以及带能谱分析(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)等分析手段，通过对合金压缩性能和磨损性能的测试，研究了Al对Mg．Cu．Gd块体非晶合金玻璃形成能力、室温压缩性能及磨损性能的影响，同时采用压痕法对合金的微区力学性能和变形行为进行了测试和分析，并利用该合金系研究块体非晶合金的变形、断裂及磨损机理。研究表明：M965Cu25Gdlo合金具有较强的玻璃形成能力，利用铜模喷铸法可制备出直径8mm的完全非晶样品；用适量的AJ代替合金中Cu能保持合

3、金良好的玻璃形成能力，含3％A1时可制备出最小6mm的完全非晶合金棒；但Al含量增加到5％时，合余的GFA急剧下降，只能得到2mm的完全非晶合金棒。在M965Cu25乒kGdl0血=0，1，3和5at．％)合会中，随着Al含量的增加，合金的玻璃转变温度提高而晶化温度逐渐降低，导致合金的过冷液相区减小，合金的GFA也相应下降。另外，R。、&、K、T及△，等参数值也能在一定程度上反映Mg—Cu—Gd(-A1)合金的GFA变化。在Mg．Cu．Gd合金中加入A1后，破坏了合金过冷液体的稳定，促进了竞争晶体A

4、ICuGd三元相和其它晶体相的析出，从而导致合金的玻璃形成能力下降。加入5％A1后，合金的成分显著偏离共晶成分点，因而玻璃形成能力急剧降低。利用Instron拉伸试验机研究M965Cu25勰l如dlo0=0，l，3和5at．％)块体非晶合金室温压缩性能，结果表明：块体非晶合金随Al含量的增加，其抗压强度逐渐提高，用3％的Al置换合金中的Cu在有效提高强度的同时，显著改善了非晶合金的塑性，合金的断裂强度和塑性应变分别达到898MPa和0．2％。断口分析表明，M965Cu25Gdlo块体非晶合金的断口上

5、只有少量的剪切带扩展，而M965Cu22A13Gdlo块体非晶合金在郑州大学硕士学位论文摘要应力作用下通过自由体积的聚集和合并形成大量的剪切带，这些剪切带相互交割和分枝，从而显著提高了塑性。加Al抑制了裂纹的产生与扩展也是塑性提高的重要原因。研究还发现，M965Cu25Gdlo和M965Cuz4AllGdlo块体非晶合金的断裂方式为典型的脆性断裂，但其断口上存在纳米尺度的“韧窝”结构，从而说明块体非晶合金的脆性断裂具有微观的韧性机制。显微硬度试验结果表明：加载5s时，Mg．Cu-Gd(．A1)块体非

6、晶合金的显微硬度值波动较大，加载时间达到10s后硬度值趋于稳定。说明块体非晶合金达到稳定的弹、塑性变形需要一定的时间。Mg基非晶合金的足较低，压头压入后可能会发生蠕变，但在本试验条件下并不明显。载荷小于2009时，Mg—Cu-Gd(一AI)块体非晶合金的显微硬度值较高，载荷达到2009以后，显微硬度值趋于稳定，可能的原因是载荷较小时，没有超过剪切带开动抗力，限制了大量剪切带的形成和扩展，显微硬度较高。因而选用载荷5009下保压15s作为显微硬度测试的标准参数。随着Al含量的增加，Mg—Cu．Gd(．

7、AI)块体非晶合金的显微硬度逐渐增加，不含A1时合金的硬度为242HV，当含5％Al时合金的硬度值达到最大271HV。分析其原因是Al与合金各组元之间的相互作用力较强，导致块体非晶合金的表面压入抗力显著提高。显微压痕法是近年来出现的一种测试材料微区力学性能和变形行为的新方法，本文利用显微压痕法、扫描电镜等研究了镁基块体非晶合金的微区变形行为。当载荷较小时，在上部表面压痕的一条棱线边缘出现了半圆弧状滑移台阶，这是由于变形时剪切带扩展到表面而形成的，当载荷达到10009时，M965Cu22A13Gdlo

8、块体非晶合金三条棱线边缘都出现了这种滑移台阶。不同载荷下，块体非晶合金界面变形区内剪切带扩展类型以半圆弧状一次剪切带为主，同时存在与之相切或呈450的放射状二次剪切带。与M96sCu25Gdlo块体非晶合金相比，M965cu22A13Gdlo块体非晶合金在较大载荷下(10009)还出现了与上表面垂直的三次剪切带，说明该块体非晶合金具有更好的塑性变形能力。块体非晶合金变形区尺寸(6和^)与加载载荷呈线性比例关系，但其与总的变形区尺寸的比值(d)／D和h／H)不随载荷的变