Cu-Zr基非晶及其復合材料的熱穩(wěn)定性、力學性能和腐蝕性能研究.pdf

1、Cu-Zr-Al非晶合金因其獨特的物理、化學和力學性能成為極具應用前景的先進材料。然而，此體系非晶合金仍然存在很多基礎問題有待深入研究。本文以Cu46Zr46Al8大塊非晶合金為研究對象，采用機械方法中的變形處理和化學方法中的微合金化對其進行處理，先后研究了軋制變形和元素添加對基體非晶合金的玻璃形成能力、熱穩(wěn)定性、力學性能和腐蝕性能等方面的影響。最后，對含內生晶相的Cu46Zr46Al8非晶復合材料進行了深冷處理，并系統探討了深冷處理對

2、非晶復合材料的相變、力學和腐蝕性能的影響及機制。
　　鑄態(tài)Cu46Zr46Al8塊體非晶合金具有非常好的玻璃形成能力和較高的熱穩(wěn)定性。其過冷液相區(qū)ΔTx、約化玻璃轉變溫度Trg和γ參數分別為81K、0.608和0.421;其晶化初始點和晶化峰的晶化激活能Ex和Ep分別為355kJ/mol和403kJ/mol。此外，合金的晶化過程為兩階段晶化。隨晶化體積分數的增加，其晶化過程由初期的一維、二維和三維形核與長大機制演變成后期的初級晶體

3、相長大和二級晶化相的形核、長大共同的作用機制。并且，晶化激活能也隨之逐漸增大，合金的熱穩(wěn)定性提高。
　　軋制變形和元素添加降低了鑄態(tài)Cu46Zr46Al8塊體非晶合金的熱穩(wěn)定性，其晶化激活能分別隨變形量和元素含量的增加而下降。軋制變形量由0增加到28％時，晶化激活能Ex和Ep分別下降到251kJ/mol和250kJ/mol。當Ti元素含量由0增加到8at.％時，玻璃形成能力也隨之降低。其過冷液相區(qū)ΔTx由81K下降到36K，約化玻

4、璃轉變溫度Trg由0.608下降到0.566，γ參數相應地由0.421下降到0.381。此外，隨Ti元素含量的增加，非晶合金體系的晶化行為由基體非晶合金的一級晶化向二級、三級甚至四級晶化演變。其相應晶化激活能隨Ti含量的增加表現為下降的趨勢，但不是線性變化。
　　軋制變形和元素添加都可以顯著改善鑄態(tài)Cu46Zr46Al8塊體非晶合金的力學性能，在不降低材料斷裂強度的同時提高了其塑性變形能力。軋制變形量由0增加到28％時，其室溫壓縮

5、斷裂強度由1754MPa增加到2237MPa，塑性應變由0％增加到11.9％。四元Cu-Zr-Al-Ti非晶合金系的壓縮斷裂強度和塑性應變隨Ti元素含量的增加不是線性增加的趨勢。當Ti元素為3.2at.％時，其塑性變形能力達到最大，斷裂強度和塑性應變分別達到1950MPa和12％。高密度并相互交織的剪切帶是非晶材料塑性提高的主要原因。此外，軋制樣品剪切帶的形成是絕熱升溫和局域擴張共同作用的結果;添加Ti元素的合金樣品的剪切帶形成主要是局

6、域擴張機制。
　　腐蝕性能測試結果表明，鑄態(tài)Cu46Zr46Al8塊體非晶合金在NaCl中性溶液中發(fā)生活性溶解，在NaOH堿性溶液中產生鈍化現象，其阻抗譜由單一的容抗弧組成。浸泡處理降低了Cu46Zr46Al8塊體非晶合金的耐腐蝕性能。浸泡24h后，其腐蝕電流密度增加，腐蝕性能下降。其阻抗譜由高頻容抗弧、中頻容抗弧及低頻的擴散阻抗組成，具有三個時間常數。添加Ti元素改善了Cu46Zr46Al8塊體非晶合金在不同介質中的耐腐蝕性能。

7、與基體合金相比，四元Cu-Zr-Al-Ti非晶合金系在中性NaCl溶液中的腐蝕電流密度下降，腐蝕電位提高;在NaOH堿性溶液中均發(fā)生鈍化現象，鈍化范圍比較寬，維鈍電流密度較低。此外，添加Ti元素后，各非晶合金在1mol/LNaOH溶液中的電化學阻抗也都是由單一的容抗弧組成，說明非晶合金表面形成的氧化物對其具有保護作用。
　　深冷處理使Cu46Zr46Al8塊體非晶復合材料發(fā)生晶粒細化、馬氏體相變等組織演變。深冷處理后，其晶粒尺寸由

8、鑄態(tài)時的3μm減小到2μm，基體中部分B2結構的CuZr相轉變成B19'CuZr馬氏體相。組織結構的變化影響了非晶復合材料的室溫力學性能。深冷72h后，顯微硬度和室溫壓縮斷裂強度分別達到574Hv和1759MPa，與深冷前相比，分別提高了18.55％和37.5％。深冷處理雖然提高了其顯微硬度和室溫壓縮斷裂強度，但加劇了材料的脆性斷裂過程。此外，由于深冷導致的馬氏體相的出現，其腐蝕性能并沒有得到改善。深冷處理誘發(fā)非晶復合材料馬氏體相變的研