塊體非晶合金的玻璃形成能力和斷裂行為研究.pdf

1、塊體非晶合金這種新型金屬材料具有優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能,擁有廣闊的應(yīng)用前景。本文首先對(duì)塊體非晶合金的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述,主要討論了:(1)塊體非晶合金的形成機(jī)理;(2)塊體非晶合金的室溫?cái)嗔研袨?(3)塊體非晶合金的性能及應(yīng)用前景;(4)當(dāng)前塊體非晶合金的研究及應(yīng)用所面臨的主要問題。在此基礎(chǔ)上,研究了玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、晶化開始溫度(Tx)和液相線溫度(Tl)與玻璃形成能力(GFA)的關(guān)系,提出了能更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)非晶合金GFA的新

2、判據(jù),并分析了GFA與黏度的關(guān)系。另外,采用掃描電鏡和Instron材料試驗(yàn)機(jī),研究了Zr-Cu-Al(-Nb)塊體非晶合金的室溫壓縮性能及斷裂行為。主要內(nèi)容和結(jié)果包括:
　　1.基于文獻(xiàn)及本文的研究結(jié)果,本文對(duì)以Tg、Tx和Tl這三個(gè)特征溫度表示的合金GFA判據(jù)包括Trg(=Tg/Tl)、ΔTx(=Tx-Tg)、γ(=Tx/(Tg+Tl))、ΔTrg(=(Tx-Tg)/(Tl-Tg))、α(=Tx/Tl)、β(=(Tx/Tg+T

3、g/Tl)、δ(=Tx/(Tl-Tg)、β(=Tx×Tg/(Tl-Tx)2)、φ(=Trg(ΔTx/Tg)0.143)、γm(=(2Tx-Tg)/Tl)、ω1(=Tg/Tx-2Tg/(Tg+Tl))進(jìn)行了分析和對(duì)比。統(tǒng)計(jì)分析表明:新參數(shù)ω1與非晶合金的GFA有最強(qiáng)的相關(guān)性。基于非晶玻璃形成能力的物理本質(zhì)及上述判據(jù)的分析,非晶合金的GFA和Tg/Tl、Tx/Tg這兩個(gè)值成正比,其中Tg/Tl反映合金熔體冷卻時(shí)的液相穩(wěn)定性,而Tx/Tg反映

4、合金加熱時(shí)的抗晶化能力。
　　2.基于經(jīng)典結(jié)晶理論討論了非晶合金的晶化動(dòng)力學(xué)因素和晶化熱力學(xué)因素對(duì)玻璃形成能力的影響,分析表明,合金的等溫轉(zhuǎn)變(TTT)曲線“鼻尖”溫度Tn對(duì)應(yīng)的黏度與晶化阻力因子成正比;重新加熱時(shí)晶化開始溫度對(duì)應(yīng)的黏度與晶化驅(qū)動(dòng)力因子成反比。由此得到了新的GFA參數(shù)ω0=(Tg-T0)/(Tx-T0)-(Tg-T0)/(Tn-T0),其中T0為理想玻璃轉(zhuǎn)變溫度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,ω0與臨界冷卻速率具有較高的相關(guān)性,R

5、2高達(dá)0.9626。進(jìn)一步分析表明:新提出的ω0參數(shù)可以合理地解釋過冷熔體的黏度、脆性、液相穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及Trg、ΔTx、γ、γm、ΔTrg、α、β、δ、φ和ω1等參數(shù)與G FA的關(guān)系。
　　3.試驗(yàn)結(jié)果表明,Zr50Cu40Al10塊體非晶合金摻入3at.％的Nb后,壓縮斷裂強(qiáng)度和塑性應(yīng)變分別從1892MPa和0.86%大幅提高到2020MPa和2.44%;(Zr0.5Cu0.4Al0.1)97Nb3和Zr50Cu40Al