银替换铁对Zr-Cu-Al-Fe大块非晶合金性能的影响

【摘要】：大块非晶合金凭借其独特的物理和化学性能,受到了广泛的关注。但是,临界尺寸有限、室温塑性差、热稳定性不理想等问题严重限制了大块非晶合金的应用前景。而微合金化(即向非晶合金体系中添加少量其他金属或非金属元素)是提高大块非晶合金各种性能的重要手段。本文选取Zr_(60)Cu_(25)Al_(10)Fe_5为基础,利用X射线衍射、投射电子显微镜、差式扫描量热仪、室温压缩试验、扫描电子显微镜和万能试验机等测试分析技术,研究了Ag替代Fe对非晶合金Zr_(60)Cu_(25)Al_(10)Fe_(5-x)Ag_x(x=1,2,3,4,and 5 at%)的非晶形成能力、热稳定性和力学性能的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对一系列不同尺寸铸态试样的结构进行分析,结果显示,在同样的实验条件下,原组分Zr_(60)Cu_(25)Al_(10)Fe_5的临界尺寸为4mm,而当x=2和x=3时,临界尺寸分别达到了8mm和6mm,说明玻璃形成能力得到了显著的提高。利用差式扫描量热仪(DSC)得到了一系列不同组分在不同加热速率下(10,20,30 and 40 K/min)的玻璃转变温度(T_g)、结晶开始温度(T_x)、结晶峰值温度(T_p)等特征温度,计算出了反映特征温度对加热速率变化敏感性的B值和T_g、T_x和T_p处的晶化活化能E_g、E_x和E_p。结果表明,随着Ag的加入,B值显著降低,而E_g、E_x和E_p都有所增大,说明Ag的加入降低了非晶合金体系对温度的敏感性,增大了原子重排、形核和长大需要克服的能量壁垒,大大增强了体系的稳定性。利用室温压缩试验对Ag替换铁对该合金的力学性能的影响进行了研究。结果显示,屈服强度和弹性变形能力变化不明显,但是室温塑性得到了显著的提高:室温塑性在Ag含量为4%时达到了最大值(3.7%),比原组分(0.4%)提高了近十倍。利用扫描电子显微镜对断裂试样的侧表面和端口形貌进行了观察,对非晶合金的断裂机制进行了研究和分析。