Cu基塊體非晶合金的晶化及力學(xué)行為研究.pdf

1、本文選用非晶形成能力高，且在玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)和過冷液相區(qū)有高熱穩(wěn)定性的Cu46Zr47-xAl7Tix(x=0，1.5)塊體非晶合金為研究對(duì)象。利用差示掃描量熱分析(DSC)、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)、單向壓縮實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合X射線衍射分析(XRD)和高分辨透射電子顯微分析(HRTEM)等實(shí)驗(yàn)手段，研究了塊體非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)和晶化行為、在過冷液相區(qū)的均勻塑性流變行為以及在玻璃轉(zhuǎn)變和晶化過程中的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。這些研究成果將有助于理解并進(jìn)一步提

2、高塊體非晶合金的形成、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。主要研究結(jié)果與結(jié)論如下： 1、在Cu46Zr47Al7塊體非晶合金中用1.5％的Ti替代Zr之后，利用VFT方程分析得知合金的強(qiáng)度指數(shù)D由2.54增大到3.78，脆性指數(shù)m也從39減小到34，表現(xiàn)出了更高的玻璃形成能力。但由Kissinger法計(jì)算得到晶化激活能由350kJ/mol降低為297kJ/mol，熱穩(wěn)定性反而下降。通過等溫晶化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cu46Zr47Al7塊體非晶合金經(jīng)歷一定

3、孕育期后發(fā)生晶化，晶化過程為先后兩級(jí)，每級(jí)晶化過程都能用JMA模型進(jìn)行描述。但Cu46Zr45.5Al7Ti1.5塊體非晶合金在等溫晶化初期卻沒有經(jīng)歷孕育期而直接放熱晶化，這是因?yàn)門i加入后引起成分不均勻，分成了富CuTi區(qū)和富Cu-Zr區(qū)，其中富CuTi區(qū)為尺寸10nm左右的納米晶。這些納米晶直接長大晶化導(dǎo)致沒有孕育期，這也是其熱穩(wěn)定性下降的原因。 2、Cu46Zr47Al7塊體非晶合金的高溫均勻塑性形變行為依賴于溫度和應(yīng)變速

4、率，隨著溫度的降低或應(yīng)變速率的增大呈現(xiàn)出牛頓流變向非牛頓流變的轉(zhuǎn)變。Cu46Zr45.5Al7Ti1.5塊體非晶合金由于大量納米晶的存在，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷迅速晶化，因此不能表現(xiàn)出牛頓流變的特征。Cu46Zr47Al7塊體非晶合金的流變行為可以用基于自由體積的過渡態(tài)理論來進(jìn)行定量描述。根據(jù)過渡態(tài)理論擬合出來的驅(qū)動(dòng)體積Vact大致相當(dāng)于25～50個(gè)原子，驅(qū)動(dòng)能為551kJ/mol，說明控制合金高溫均勻形變的原子不會(huì)脫離周圍原子而單獨(dú)躍遷，其

5、擴(kuò)散涉及到多原子的協(xié)同運(yùn)動(dòng)。 3、Cu基塊體非晶合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為表明，隨著溫度的升高，合金發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，伴隨著儲(chǔ)能模量的急劇下降和損耗模量的迅速增加。在損耗模量上沒有觀察到β弛豫峰，只有α弛豫(主弛豫)峰，且主弛豫具有與傳統(tǒng)非晶凝聚態(tài)物質(zhì)相似的動(dòng)力學(xué)特征，通過等溫和連續(xù)加熱計(jì)算出的名義驅(qū)動(dòng)能大致相當(dāng)，為5eV左右，如此高的驅(qū)動(dòng)能是因?yàn)榉蔷蹜B(tài)物質(zhì)主弛豫是組成粒子大規(guī)模協(xié)同運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。同時(shí)計(jì)算得出脆性指數(shù)m為35，與第三章K