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《济南大学》 2011年
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原位颗粒—枝晶块体非晶复合材料制备及其性能研究

李波  
【摘要】:Zr基非晶合金,特别是Zr-Al-Ni,由于其具有较高的非晶形成能力,以及较高的强度、硬度,因而成为材料工作者所关注的非晶体系。同时也诞生了很多该体系的复合材料,颗粒增强锆基非晶复合材料就是其中之一。本文在Zr-Al-Ni体系中添加少量的原位TiC陶瓷颗粒,通过氩气保护电弧炉熔炼吸铸法制备出含有少量晶化相的颗粒-枝晶增强块体非晶复合材料,并通过DTA对不同颗粒含量的体系进行热稳定分析,研究不同颗粒含量对体系热稳定性的影响。 本文通过氩气保护电弧炉熔炼吸铸法制备了TiC陶瓷颗粒质量分数为0.2%、0.7%、1.3%、1.7%、2.0%及2.3%的Zr_(53)Al_(23)Ni_(24)基非晶复合材料以及质量分数为1.3%的Cu_(23.1)Zr_(60.5)Al_(16.4)基非晶复合材料。通过SEM及XRD分析,可以了解到:随着颗粒含量的增多,体系中出现了少量的晶化相,而在颗粒质量分数为1.3%时,基体中出现了结构完整,分布均匀的枝晶,且通过XRD结合相图分析认定为AlZr_2与AlZr_3。而在颗粒质量分数为1.7%时,基体中开始出现均匀分布的微米级晶粒。 通过DTA对颗粒质量分数为1.3%及不含颗粒的Zr-Al-Ni体系非等温晶化研究表明:含颗粒质量分数为1.3wt%的非晶复合材料试样与不含颗粒的试样的晶化激活能可以发现含颗粒的非晶体系的激活能在玻璃转变温度(T_g)、晶化开始温度(T_x)和晶化峰温度(T_(pi))都有一定的提高,这说明颗粒的加入在对于整个非晶的晶化过程来说,都阻碍了其进一步的晶化,所以颗粒在提高稳定性方面起到了积极的作用。当加热速率为30℃/min时,T_g=499.7℃,T_x=548.4℃,宽度为48.7℃过冷液相区,说明其在加热过程中有较强的晶化抵抗能力。 同时对Zr_(53)Al_(23)Ni_(24)体系特征温度进行了研究,了解到随升温速率变大而升高,说明Zr_(53)Al_(23)Ni_(24)块体非晶复合材料的玻璃转变行为与升温速率有关,表现为一定的晶化动力学行为。对比含颗粒为1.3wt%的非晶复合材料试样与不含颗粒的试样的晶化激活能可以发现含颗粒的非晶体系的激活能在玻璃转变温度(T_g)、晶化开始温度(T_x)和晶化峰温度(T_(pi))都有一定的提高,这说明颗粒的加入在对于整个非晶的晶化过程来说,阻碍了其进一步的晶化,所以颗粒在提高稳定性方面起到了积极的作用。 对比Zr_(53)Al_(23)Ni_(24)和Cu_(23.1)Zr_(60.5)Al_(16.4)基非晶复合材料在颗粒质量分数1.3%时的结构,可以得出颗粒在非晶基体中的热应力对非晶的DTA曲线因枝晶的存在有明显的不同,在枝晶存在时颗粒的热效应因枝晶的存在而对DTA曲线趋势影响不大,而在Cu_(23.1)Zr_(60.5)Al_(16.4)中没有枝晶的存在,热应力得以充分发挥对DTA曲线趋势有显著的影响。 利用万能力学测试机对不同颗粒含量的试样进行抗压缩。颗粒的加入普遍的提高了非晶复合材料的强度以及硬度,同时也使得体系表现出一定的塑性形变,同时在颗粒含量为质量分数1.3%的时体系表现出更高的强度,比非晶提高25.9%,硬度提高23.9%,表现出1.24%的塑性变形能力。 通过对Zr_(53)Al_(23)Ni_(24)在不同颗粒含量下的力学测试表明:在不同颗粒含量下颗粒量为1.3wt%时的Zr_(53)Al_(23)Ni_(24)基非晶复合材料的综合性能最好。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG139.8

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【参考文献】
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