鎂基非晶復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、鎂基非晶態(tài)合金因具有輕質(zhì)高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又表現(xiàn)出較強(qiáng)的玻璃形成能力而受到關(guān)注，但由于金屬玻璃類似于脆性材料的力學(xué)行為，限制了它的應(yīng)用。本工作通過(guò)對(duì)材料的設(shè)計(jì)，選?。篗g<,65>Cu<,25>Gd<,10>為玻璃基體，碳納米管、Co、Ti為增強(qiáng)相，采用銅模鑄造法制得鎂基非晶復(fù)合材料研究了Mg-Cu-Gd基多元合金系分別添加碳納米管、鈷、鈦后制得的金屬玻璃復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。采用X射線衍射(XRD)對(duì)鑄態(tài)圓棒橫截面進(jìn)行分析，由

2、差示掃描量熱計(jì)(DSC)表征評(píng)價(jià)塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料的玻璃轉(zhuǎn)變與晶化行為，通過(guò)萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定材料的壓縮性能。得到以下結(jié)果： (1) 采用銅模鑄造法制備出直徑分別為2mm、3mm的Mg<,65>Cu<,25>Gd<,10>金屬玻璃和直徑為2mm的碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。XRD分析表明在CNTS-Mg<,65>Cu<,25>Gd<,10>合金的基體中有CNTs存在。對(duì)碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試和分析，得到

3、該材料玻璃轉(zhuǎn)變和晶化的表觀激活能，分別139kJ·mol<'-1>和154J·mol<'-1>，晶化速率常數(shù)為0.582s<'-1>。通過(guò)添加CNTs前后金屬玻璃力學(xué)性能的比較發(fā)現(xiàn)，CNTs的加入使材料的壓縮強(qiáng)度提高了近180MPa，升幅達(dá)27.7﹪. (2) 采用銅模鑄造法獲得直徑分別為2mm和3mm的Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>Co<,5>鎂基合金棒，運(yùn)用此工藝制得的Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>C

4、o<,5>的最大直徑為2mm，臨界冷速為250K/s。XRD分析表明，2mm的Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>Co<,5>鎂基合金棒為完全的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而在3mm的Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>Co<,5>鎂基合金棒中有Co析出，即形成了hcp-Co/Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>Co<,5>的非晶/納米晶雙相結(jié)構(gòu)。DSC分析表明，Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>Co<,5>與Mg<,65>C

5、u<,20>Gd<,10>的過(guò)冷液相區(qū)寬度相差不大，但多級(jí)晶化現(xiàn)象明顯，其晶化機(jī)理更加復(fù)雜。添加5at﹪Co后的鎂基合金玻璃轉(zhuǎn)變溫度T<,g>和晶化溫度Tx均向高溫區(qū)偏移。 (3)綜合利用電弧爐熔煉和感應(yīng)熔煉制備Mg基合金的母合金，然后在氬氣保護(hù)氣氛下利用水冷銅模鑄造法成功制備出(Mg<,65>Cu<,20>Gd<,10>)<,100-x>Ti<,x>(x=0，2.5，5，7.5)鎂基非晶復(fù)合材料。該材料的組織隨著Ti元素原子百

6、分含量的增加由完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)變?yōu)榉蔷Щw加Ti析出晶體相。Mg基金屬玻璃復(fù)合材料(Mg<,65>Cu<,25>Gd<,10>)<,100-x>Ti<,x>(x=0，2．5，5，7．5)的DSC分析結(jié)果表明：在玻璃轉(zhuǎn)變階段，隨著x的增大，晶化放熱峰由兩個(gè)增加到三個(gè)，而且趨勢(shì)越來(lái)越明顯；在熔化階段，熔化峰也隨著合金中Ti含量的增加由單一的吸熱峰演變成兩個(gè)高低不等的吸熱峰。分析表明，合金在快冷過(guò)程中，Mg基固溶體作為競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)先相首先從液相中析出