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成分与结构对Zr-Co-Al-(Fe)大块金属玻璃力学性能的影响

谭军  
【摘要】:大块金属玻璃(简称BMG)具有许多优异的性能,如超高的强度、大的弹性应变极限(高达2%)和相对较低的杨氏模量,因此备受关注。然而,由于样品中的应变软化和/或热软化,在室温下非晶合金的变形局限在高度局域化剪切带中,这使得大多BMG的断裂沿着一个主剪切面而造成灾难性失效。局域化和剪切带的失稳仍然是块体非晶合金在塑性变形过程中遇到的主要问题。很多对性能有重要影响的因素仍然缺乏系统性的研究。 本文以Zr-Co-Al-(Fe) BMG为研究对象,系统研究其力学性能、结晶行为、剪切带生成、扩展直到样品断裂过程中结构和性能的变化;并系统研究了Fe部分取代Co以及Co与Al的含量比对Zr-Co-Al-(Fe)系列合金的结构、热力学、力学以及物理性能的影响;还分析了内部状态对BMG力学性能的影响机理,得出了以下主要结论: ①由水冷铜模铸造制备的2mm Zr_(56)Co_(28)Al_(16)合金是完全非晶。该合金在室温压缩测试下虽然没有加工硬化,但同样具有很大的塑性(约10.2%),同时断裂强度高达2136MPa。研究发现塑性变形过程中多剪切带的形成和互动是高塑性的主要机理。玻璃转化、结晶初始、和两个结晶峰的激活能分别是E_g=303.2±13.5,E_x=316.4±37.9,Ep_1=336.2±36.2和Ep_2=362.0±29.5kJ/mol。结晶行为的研究显示初始结晶峰对应于脆性的Zr_6CoAl_2相。当823K回火100min或者加热到923K时,出现了Zr_6CoAl_2、ZrCoAl和B2ZrCo等的混合相。经过热处理后的样品均发生脆性断裂。脆性的Zr_6CoAl_2金属间化合物可能最终恶化了材料的力学性能。 ②系统研究了Fe取代Co元素对Zr_(56)Co_(28-x)Al_(16)Fe_x(x=0、1、2、4、8和14)系列合金的影响。研究发现,Fe的添加显著影响合金的结构、热学和力学性能。Fe少量替代Co(x≤4)提高了Zr_(56)Co_(28-x)Al_(16)Fe_x系玻璃合金的热稳定性和玻璃形成能力,而更多的Fe含量导致最终反而降低了GFA。这些x≤4的非晶合金在室温压缩测试下均具有很大的塑性变形能力。比如Zr_(56)Co_(26)Al_(16)Fe_2样品在2.5×10-4s-1的应变速率下,室温压缩断裂强度超过2GPa,同时具有高达15.1%的临界断裂应变。然而Fe含量较高的合金(x=8和x=14)压缩强度和塑性都很低,可能是由于脆性的金属间化合物(如Zr_6CoAl_2)最终降低了材料的强度和塑性。 ③直径为2mm的Zr_(56)Co_(44-x)Al_x(x=12、14、16、18和20)系列合金是完全非晶。随着Al含量的提高,玻璃转化温度(Tg)、晶化初始温度(T x)和过冷液相区宽度(ΔT x)均逐渐增大。该系列合金在室温压缩测试下均具有很大的压缩塑性。其中Al含量为18at.%的Zr_(56)Co_(26)Al_(18)金属玻璃高达2477MPa的断裂强度,同时具有约13.3%的临界压缩断裂应变。 ④探讨了影响非晶合金屈服强度的因素。提出了韧性非晶合金的屈服与玻璃化转变,密度和物质的摩尔质量密切相关。而材料的比强度仅与玻璃转变温度和物质的摩尔质量密切相关。Zr_(56)Co_(28-x)Al_(16)Fe_x(x=0、1、2和4)BMG合金的屈服强度随着Fe含量的提高而降低,与理论模型计算趋势一致。随着Co与Al的含量比的提高,Zr_(56)Co_(44-x)Al_x的玻璃转化温度(Tg)逐渐升高,密度逐渐降低,摩尔质量也逐渐降低导致材料的比强度逐渐升高。这个结果对设计高比强度的BMG具有一定的指导意义。 ⑤一系列Zr_(56)Co_(28)Al_(16)非晶样品通过调节铜模吸铸的铸造电流而制得。铜模铸造电流的优化,可导致大的塑性同时也可能产生脆性断裂行为。研究发现BMG之间的内部状态和塑性密切相关。在塑性样品中具有更高的平均自由体积含量,更低的密度,更高的焓变,更低的硬度和更高的泊松比。这些实验结果可能有助于理解自由体积在塑性变形中的作用以及BMGs的变形机制。


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16 ;镁基金属玻璃在沈阳面世[J];中国科技信息;2004年02期
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20 ;世界强度最高镁基金属玻璃在金属所研制成功[J];新材料产业;2003年10期
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2 ;新型金属玻璃在美车研制成功[N];今日信息报;2005年
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