锆基大块非晶基复合材料的制备及性能研究

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1、摘要本文采用铜模吸铸法成功地制备了直径3mm的Zr(65x)HfxCu17.5Ni10Al7.5原子比大块非晶合金及非晶基复合材料利用X射线衍射XRD光学显微镜OM示差扫描量热仪DSC差热分析仪DTA电液伺服万能试验机MTS和扫描电子显微镜SEM等技术手段研究了不同含量的Hf替代Zr后对淬火态Zr(65x)HfxCu17..5Ni10Al7.5x165合金的微观结构玻璃形成能力热稳定性晶化动力学压缩力学性能以及断口形貌的影响XRD和OM实验结果表明1%的Hf替代Zr后形成了大块非晶合金而2-10%的Hf替代Zr后形成了大块非晶基复合材料该复合材料是由微米级的树枝晶弥散均匀分布在非晶基体上组成

2、的且枝晶尺寸随Hf含量的增加而增大DSC和DTA的实验结果表明淬火态Zr(65x)HfxCu17.5Ni10Al7.5合金在x1565时其玻璃转变现象已不明显在x110时随着Hf含量的增加非晶基体的热稳定性逐渐提高故Zr55Hf10Cu17.5Ni10Al7.5非晶复合材料具有最高的热稳定性但合金系玻璃形成能力随Hf含量的增加呈下降趋势Hf完全替代Zr后合金结构为完全晶态另外热分析结果还表明淬态结晶相的体积分数随Hf含量增加而增大非等温晶化动力学实验结果表明大块非晶复合材料具有和单相大块非晶合金相同的动力学特征即玻璃转变和晶化都具有显著的动力学效应与淬火态Zr64Hf1Cu17.5Ni10A

3、l7.5大块非晶合金相比Zr60Hf5Cu17.5Ni10Al7.5非晶复合材料的晶化表观激活能稍大进一步证实了大块非晶复合材料的热稳定性要高于单相非晶合金压缩力学性能及断口形貌分析表明淬态结晶相的晶粒尺寸和体积分数对非晶复合材料的力学性能起着至关重要的作用相对于完全非晶合金Zr64Hf1Cu17.5Ni10Al7.5而言大块非晶基复合材料Zr63Hf2Cu17.5Ni10Al7.5和Zr60Hf5Cu17.5Ni10Al7.5中枝晶相的存在阻止了单一剪切带的扩展诱发了更多剪切带的形成从而使得材料的塑性变形能力有了较大的提高而复合材料Zr55Hf10Cu17.5Ni10Al7.5的枝晶相体积

4、分数较高且晶粒尺寸较大从而导致其脆性断裂关键词大块非晶合金大块非晶基复合材料热稳定性晶化动力学力学性能IAbstractInthisdissertation,bulkmetallicglass(BMG)andmetallicglassmatrixcompositesZr(65x)HfxCu17.5Ni10Al7.5(at.%)with3mmdiameterweresuccessfullysynthesizedbyusingcoppermoldsuctioncastingmethod.TheeffectofreplacementofZrwithHfonmicrostructure,glassf

5、ormation,thermalstability,crystallizationkinetics,compressivemechanicalbehaviorandfracturefeatureoftheas-quenchedZr(65x)HfxCu17.5Ni10Al7.5(x=1-65)alloyswereinvestigatedbymeansofX-raydiffraction(XRD),opticalmicroscopy(OM),differentialscanningcalorimetry(DSC),differentialthermalanalysis(DTA),mechanic

6、altestingsystem(MTS)andscanningelectronmicroscopy(SEM).TheresultsofXRDandOMindicatethatthesubstitutionsof1and2-10at.%HfforZrleadtotheformationofBMGandmetallicglassmatrixcomposites,respectively.Thecompositesarecharacterizedbyahomogeneousdistributionofmicron-scaledendritesembeddedintheamorphousmatrix

7、,andthesizeofthedendritesincreasesgraduallywiththeincreaseofHfcontentfrom2to10at.%.AcomparisonofDSCandDTAtracesshowsthatnodiscernibleendothermicpeaksofglasstransitionexistforthealloyswithx=15-65.Thethermals