CuZr基大块非晶复合材料的组织与性能研究

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1、湖南大学硕士学位论文Cu-Zr基大块非晶复合材料的组织与性能研究姓名：李玮申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：陈振华20100505硕士学位论文摘要Cu．Zr基大块非晶合金以其低廉的成本，很强的玻璃形成能力以及优良的力学性能逐渐引起人们的关注。利用真空吸铸以及水冷铜模快速冷却工艺，选择了Cu46z“6A18合金为研究对象，通过退火晶化以及添加微量元素手段，开展了含微米晶的非晶复合材料研究，本文从晶体的形态、尺寸、以及形成长大过程等方面分析了晶体相对复合材料性能的影响，并着重研究了si元素对Cu46Z“6A18合金玻璃形成能力以及对非晶基体内晶体相形态以及尺寸的影响，进而得出不同室温压

2、缩性能。主要的结论如下：(1)Cu46Z“6A18非晶淬态内生出的晶体相一般为B2．CuZr相，其间也伴随有少量的Cu8Zr3，CuloZr7，CuZr2等相的析出，在严重晶化的试样中有共晶组织的生成，严重恶化了非晶材料的性能：室温压缩性能由完全非晶的1．752GPa降低到O．84lGPa。伴随第二相周围生成的共晶组织与非晶基体的界面疏松结合以及其晶体组织本身较差的力学性能是导致材料强度大幅度降低的主要原因。(2)在不同的温度范围内进行了cll46z“6A18非晶的退火晶化研究。在低于玻璃转化温度下退火，试样内出现细小球状的微米晶，随着退火时间的延长，球状微米晶长大为树枝晶；在过冷液相区内退火

3、，晶化现象与晶核长大会同时发生，出现细小微米晶带与粗大树枝晶共存的现象。近球形晶粒对Cll46Z“6A18非晶复合材料的强度有一定的提高作用，而有细长枝晶臂的树枝晶则在一定程度上降低了材料的强度，但此时控制试样断裂的主要方式仍然为非晶基体的由剪切带导致的韧性断裂，然而当共晶组织生成时，试样断裂方式则完全转化为粉碎性脆性断裂。(3)在Cll46z“6A18合金中，添加Si使得非晶合金的GFA显著提高。尤其是当Si的加入量为1．5at．％时，疋，瓦分别达到735K、807K，且增大了非晶合金的过冷液相区，使么丁由原来的57．9K增大到72．3K。随着Si含量的增加，(Cll46Z“6A18)loo

4、吖Si工(O<坯2)非晶内部晶体相的相成分、形态、尺寸、数量均发生了变化：其内部十字状的树枝晶随着si含量的增加发生退化现象，最终转变为圆球状等轴晶粒，当Si的加入量为1．5at．％时，非晶内部的晶粒转化为针状晶体形态，晶体的晶体结构发生完全转变，此时非晶复合材料的室温压缩强度与显微硬度有明显的提高。随着Si含量的不断增加，复合材料的压缩断裂角逐渐增加，正应力在材料断裂过程中起的作用也越来越明显；而当Si含量为2at．％时，材料断裂复杂化，很难断定哪种应力在其中起主导作用。关键词：Cu．Zr基大块非晶；晶化过程；微合金化；显微组织；力学性能IlCu．Zr基大块非晶复合材料的组织与性能研究Abs

5、tractTheCu．ZralloysdrawmorcattentionforitsstrongGlassFo彻ingAbilityandexcellentmechanicspropenies．InordertoimproVeitspropenies，thepaperpr印arcdCu-Zrbased．bulkmetanicglassmatrixcompositesbyannealingprocessandbyaddingminorelement—Si，andmeeffectofcrystal铲ainsonthepropeniesofthecompositesfromthesh印，size，n

6、ucleationandgrowingprocesswasstlldied；besidestheef．fectofSionGlassFonningAbilityofCu46Z“6A18alloyandontheshapsandsizesofcrystal铲ainsinthiscompositeswasinVestigated，andthenarriVeatdif诧rentroomtemperaturecompressproperties．Themainconclusionsweredrawnasfollows：(1)TheendogeniccrystalphasesinCu46Z“6A18me

7、tallic91assnonnallywereB2．CuZrandasmanquantityofCu8Zr3，CuloZr7，CuZr2．Thereexistsamixedmicrostructureofprimarymetastablephaseandeutectics觚ctureinbulkmetallic．glassmatIlixcompositesasquenched，whichdecli