Ag替换对ZrCuAlNiTi合金非晶形成能力及力学性能的影响

【摘要】：非晶合金因其独特的长程无序短程有序结构,具有高强度、高硬度、耐腐蚀等优异性能,因此具有广阔应用前景。但由于其非晶形成能力有限,塑性性能较差限制其发展。研究表明,非晶合金对化学成分、元素含量的变化十分敏感。因此元素替代和添加是研究非晶形成能力及其变形能力的重要手段。本文选用在Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_4非晶合金基础上,用Ag元素分别替换Ti元素和Ni元素,设计了8种成分,制备出了不同直径的Zr基块体非晶合金。分别为Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_(4-x)-x Ag_x(x=0,1,2,3,4)和Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_(7-x)Ti_4Ag_x(x=0,1,3,5,7)。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征分析非晶合金结构。通过差示扫描量热(DSC)分析非晶合金热物性。通过压缩、扫描(SEM)来分析材料力学性能以及断裂特征。通过XRD、TEM实验结果可知,Ag元素的替换,使得两种非晶合金体系临界尺寸增大。初始非晶合金Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_4临界尺寸为3mmZc5mm,而Ag元素替换后有五种非晶合金成分,Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_2Ag_2、Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_1Ag_3、Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_6Ti_4Ag_1、Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_4Ti_4Ag_3、Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_2Ti_4Ag_5可稳定浇铸形成6mm的非晶棒材。通过DSC实验来表征非晶合金体系的热物性。通过结果分析可知,随着Ag元素的增加,Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_(4-x)-x Ag_x(x=0,1,2,3,4)非晶合金过冷液相区增大至103K,热稳定性增强。Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_(7-x)Ti_4Ag_x(x=0,1,3,5,7)非晶合金体系过冷液相区宽度增大至57 K后又降低至45 K。通过维氏硬度、室温条件下的压缩等分析了材料的力学性能。随着Ag含量的增加,Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_7Ti_(4-x)Ag_x(x=0,1,2,3,4)体系维氏硬度增加,但Zr_(56)Cu_(24)Al_9Ni_(7-x)Ti_4Ag_x(x=0,1,3,5,7)体系维氏硬度降低。压缩实验显示,两种体系非晶合金压缩变形能力都随着Ag含量的增加呈先增加后降低变化趋势。通过扫描电子显微镜分析发现,压缩断口沿小于45°角的方向呈剪切断裂,其断裂方式分为剪切断裂与破碎断裂两种类型。剪切断口表面存在脉络状纹路,且纹路越密集,非晶压缩塑性越好。破碎断裂断口表面起伏不平类似山峰沟壑状,这表明压缩时受到正应力与剪切应力同时作用所致。