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多组元大块非晶合金研制及其空间搭载实验方案设计

景勤  
【摘要】:本文对多组元大块非晶合金的非晶形成能力、制备技术、结构及性能进行了研究。 通过对 Ni 基和 Zr 基合金非晶形成能力的研究,成功制备出了直径 8 mm 的ZrNiAl 三元大块非晶合金样品,并分别用 X-射线衍射法(XRD)、示差扫描量热分析法(DSC)、差热分析法(DTA)、扫描电子显微镜法(SEM)对这些合金的结构、性质进行了表征。利用压缩手段测定了 ZrNiAl 三元大块非晶合金的力学性能,其强度值超过 1.8 GPa、弹性变形能力超过 1.8 %。同时证实了共晶转变和伪共晶转变在合金非晶形成能力方面的重要作用。 制备了长杆状的 Zr_(41)Ti_(14)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5) 大块非晶合金样品,其中最大尺寸样品为直径 20 mm,长径比为 20:1 的合金棒。用热膨胀法测定了该大块非晶合金适合的超塑性变形温度,大块非晶合金在此温度下具有良好的超塑性。研究了重复加热条件下 Zr_(41)Ti_(14)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)大块非晶合金的热膨胀和结构弛豫行为。淬火状态试样第一次加热时在 200℃以下热膨胀系数保持不变,为 9.26×10-6/℃。加热温度超过 200℃以上时热膨胀系数下降,200℃至 300℃之间的平均热膨胀系数下降为 7.39×10-6/℃。而在随后的重复加热过程中 300℃以下热膨胀系数基本不变,并与晶态合金的热膨胀行为相同。研究了等温时效过程中试样长度的变化和低温预时效的影响。通过该大块非晶合金的热膨胀试验,研究了大块非晶合金膨胀系数与结构弛豫的关系,证明了该非晶合金在 200℃以下结构弛豫几乎不导致合金体积的收缩。 完成了 ZrTiCuNiBe 易形成非晶合金美国航天飞机 GAS 桶搭载实验的方案设计工作。并进一步完成了美国航天飞机搭载桶空间材料试验研究的总体方案设计和搭载试验硬件加工工作,桶内环境模拟试验和模拟运行试验结果表明:桶内硬件符合设计要求,实验方案及程序设计合理;实验炉内温场分布符合要求,桶内热环境控制在许可范围内,为空间搭载实验的顺利完成提供了有利的硬件条件。


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