Cu-Zr-Al及Cu-Zr-Al-Y-Ag系塊體非晶合金的制備、表征及性能研究.pdf

1、塊狀非晶合金擁有獨(dú)特的性能，如高強(qiáng)度、高硬度、室溫下極大的彈性和良好的加工成型，在近幾年來(lái)引起了人們廣泛的關(guān)注。相對(duì)已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用的Zr基塊體非晶合金而言，2000年以后發(fā)展起來(lái)的Cu基非晶合金價(jià)格更低廉而且性能優(yōu)越。而自1989年開(kāi)始以來(lái)，塊體非晶合金研究大多集中在Zr基塊體非晶合金上，對(duì)Cu基合金進(jìn)行的研究相對(duì)較少。因此，研發(fā)具高玻璃形成能力(GFA)和良好應(yīng)用性能的Cu基塊體非晶合金成為研究的熱點(diǎn)之一。Cu基非晶合金，特別是Cu

2、-Zr-Al體系因其高強(qiáng)度、高硬度等性能成為極具應(yīng)用前景的非晶合金材料，并引起眾多研究者的注目。本文是在Cu55Zr40Al5成分的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)節(jié)組元含量配比或加入少量Ag和Y元素的方法，以感應(yīng)加熱銅模澆鑄的方法制備得到Cu-Zr-Al和Cu-Zr-Al-Y/Ag系大塊非晶合金。并對(duì)所制備合金的熱力學(xué)和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　 在已有Cu55Zr40Al5成分的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)節(jié)組元的相對(duì)含量得到了Cu55-xZr40Al5+x(

3、x=0,2,3)、Cu55-xZr40+xAl5(x=0，3)和Cu52Zr40+xAl8-x(X=0,2,3)等一系列不同成分塊體非晶合金。其中Cu52Zr42Al6的GFA最好，臨界直徑大于2mm。在Cu52Zr40Al8成分的基礎(chǔ)上添加稀土元素Y制得GFA很好的Cu-Zr-Al-Y非晶合金系，其中GFA最好的成分是Cu48Zr40Al8Y4，臨界直徑不小于6mm。而加Ag的Cu48Zr40Al8Ag4成分GFA較差。但是具有最高G

4、FA的Cu52Zr42Al6和Cu48Zr40Al8Y4合金都具有較小的過(guò)冷液相區(qū)寬度，分別為52.4℃和34.9℃，說(shuō)明具有最高GFA成分并不一定具有較高的熱穩(wěn)定性。
　　 常溫下通過(guò)等應(yīng)變速率準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了Cu-Zr-Al和Cu-Zr-Al-Y/Ag系非晶合金的力學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)含有少量晶化相的Cu-Zr-Al系非晶合金具有較高的斷裂強(qiáng)度但沒(méi)有塑性變形，而含有較多晶化相的Cu48Zr40Al8Ag4成分不但沒(méi)有塑性變形，

5、而且斷裂強(qiáng)度還很低。相比之下，完全非晶態(tài)的Cu52Zr42Al6成分和Cu-Zr-Al-Y系合金不但壓縮斷裂強(qiáng)度沒(méi)有顯著降低，而且均有一定的塑性變形出現(xiàn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著Zr和Y含量的增加，合金的塑性變形量也稍有增加。在不同應(yīng)變速率下對(duì)Cu52Zr40Al8和Cu48Zr40Al8Y4非晶合金力學(xué)性能的影響研究中，發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)變速率的增加，含有晶化相的Cu52Zr40Al8非晶合金的斷裂強(qiáng)度增加，沒(méi)有塑性變形；完全非晶成分的Cu48Zr40A

6、l8Y4非晶合金斷裂強(qiáng)度增加而塑性應(yīng)變呈下降趨勢(shì)。通過(guò)研究溫度對(duì)Cu52Zr40Al8和Cu48Zr40Al8Y4非晶合金壓縮力學(xué)行為的影響，發(fā)現(xiàn)含有晶化相的Cu52Zr40Al8非晶合金的斷裂強(qiáng)度首先隨溫度的升高而增加，之后隨溫度的進(jìn)一步升高壓縮變形由非均勻剪切流變轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蜃冃?。其中?qiáng)度增加是由于結(jié)構(gòu)弛豫降低了晶化相/非晶界面的應(yīng)力導(dǎo)致的。對(duì)于Cu48Zr40Al8Y4完全非晶合金，強(qiáng)度隨溫度升高而下降，當(dāng)溫度升高至400℃時(shí)，發(fā)生