稀土元素對CuZrAl系塊體非晶合金形成能力的影響及力學性能研究.pdf

1、本文采用銅模吸鑄法成功制備了一系列的CuZrAl-M系塊體非晶合金，采用X射線衍射儀(XRD)、示差掃描量熱分析儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、顯微硬度計以及壓縮實驗等測試了Cu46Zr47-xAl7Mx(M=Ce、Pr、Tb、Gd；x=2，4，5)塊體非晶合金的結構、熱學性能和力學性能。并分析了稀土元素對CuZrAlM系合金玻璃形成能力及部分性能的影響因素。論文的主要工作包括以下幾個方面： (1)通過添加稀土元素替換Z

2、r的方法，分別探討了不同族稀土元素，不同含量稀土元素對CuZrAlM系合金玻璃形成能力的影響： 合金Cu50Zr50的研究表明，添加6％的Ce、Pr稀土元素替代相同含量的(CuZr)后，并未能提高Cu50Zr50的玻璃形成能力；添加6％的Ti，吸鑄直徑3mm的(Cu50Zr50)94Ti6合金試樣中以非晶相為主，同時存在少量的晶態(tài)相；添加Al制備直徑3mm的(Cu50Zr50)100-xAlx(x=4，6，8)合金，當x=4時，

3、該合金為完全晶態(tài)合金，當x增加到6和8時，該合金表現為完全非晶態(tài)合金。 合金Cu46Zr47Al7的研究結果表明，添加Ce、Pr稀土元素替代相同含量的Zr時，隨著稀土含量的增加，玻璃形成能力先增大后減小，當添加4％時達到最大，能夠制得直徑為5mm的Cu46Zr43Al7M4(M=Ce，Pr)非晶合金；添加Tb稀土元素時，能夠制得直徑為5mm的Cu46Zr47-xAl7Tbx(x=2，4，5)非晶合金，表明添加Tb有利于玻璃形成能

4、力的提高，而Tb添加量的變化對玻璃形成能力并無多大影響；對于添加Gd稀土元素的合金，當添加2％和4％時，僅能制得直徑為5mm的非晶合金，當Gd含量增加到5％時，玻璃形成能力進一步提高，能制得直徑8mm的非晶合金。當其直徑增大到10mm時，合金為完全晶態(tài)合金。 (2)對塊體非晶試樣進行DSC熱分析，在升溫速率為20℃/min時，分析結果表明：添加稀土元素Ce、Pr、Tb、Gd后，合金的晶化起始溫度Tx和晶化峰值溫度Tp均向低溫區(qū)移

5、動，且Tx均為480℃左右，Tp均為490℃左右，而玻璃轉變溫度Tg的變化則較復雜，Tg隨著添加元素的不同和含量的變化而變化。整體上看，過冷液相區(qū)△Tx均變小。 Cu46Zr43Al7M4(M=Ce，Pr)和Cu46Zr47-xAl7Mx(M=Tb，Gd；x=2,4,5)塊體非晶均具有較高的玻璃形成能力及良好熱穩(wěn)定性，Tg在410℃以上，△Tx在47～77K之間，連續(xù)升溫過程表現為單級晶化行為。Cu46Zr42Al7Gd5非晶合

6、金的Tg為409.6℃，Tx為486.4℃，Tp為492.8℃，其△Tx與Cu46Zr47Al7非晶合金的△Tx非常接近，為76.8℃。 (3)采用不同升溫速率研究Cu46Zr42Al7Gd5塊體非晶試樣的晶化行為，所選用的升溫速率依次為12K/min、20K/min、28K/min，用Kissinger法和Ozawa法計算得出的各階段的激活能△Eg、△Ex、△Ep分別為：340.7kJ/mol、211.3kJ/mol、211.

7、3kJ/mol和334.8kJ/mol、210.3kJ/mol、210.3kJ/mol。 (4)塊體非晶試樣的顯微硬度測試結果表明：合金試樣的顯微硬度隨添加稀土元素和含量的變化而變化，添加4％的Ce、Pr、Tb、Gd時，添加Tb的合金試樣的顯微硬度最大，為Hv568；添加Pr的最低，僅為Hv479。Tb和Gd添加量的變化對合金的顯微硬度影響不大，且添加Tb的合金均高于添加Gd的合金。 (5)Cu46Zr43Al7M4(M