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稀土元素对CuZrAl系块体非晶合金形成能力的影响及力学性能研究

张永章  
【摘要】:本文采用铜模吸铸法成功制备了一系列的CuZrAl-M系块体非晶合金,采用X射线衍射仪(XRD)、示差扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计以及压缩实验等测试了Cu_(46)Zr_(47-x)Al_7M_x(M=Ce、Pr、Tb、Gd:x=2,4,5)块体非晶合金的结构、热学性能和力学性能。并分析了稀土元素对CuZrAlM系合金玻璃形成能力及部分性能的影响因素。论文的主要工作包括以下几个方面: (1)通过添加稀土元素替换Zr的方法,分别探讨了不同族稀土元素,不同含量稀土元素对CuZrAlM系合金玻璃形成能力的影响: 合金Cu_(50)Zr_(50)的研究表明,添加6%的Ce、Pr稀土元素替代相同含量的(CuZr)后,并未能提高Cu_(50)Zr_(50)的玻璃形成能力;添加6%的Ti,吸铸直径3mm的(Cu_(50)Zr_(50))_(94)Ti_6合金试样中以非晶相为主,同时存在少量的晶态相;添加Al制备直径3mm的(Cu_(50)Zr_(50))_(100-x) (x=4,6,8)合金,当x=4时,该合金为完全晶态合金,当x增加到6和8时,该合金表现为完全非晶态合金。 合金Cu_(46)Zr_(47)Al_7的研究结果表明,添加Ce、Pr稀土元素替代相同含量的Zr时,随着稀土含量的增加,玻璃形成能力先增大后减小,当添加4%时达到最大,能够制得直径为5mm的Cu_(46)Zr_(43)Al_7M_4(M=Ce,Pr)非晶合金;添加Tb稀土元素时,能够制得直径为5mm的Cu_(46)Zr_(47-x)Al_7Tb_x(x=2,4,5)非晶合金,表明添加Tb有利于玻璃形成能力的提高,而Tb添加量的变化对玻璃形成能力并无多大影响;对于添加Gd稀土元素的合金,当添加2%和4%时,仅能制得直径为5mm的非晶合金,当Gd含量增加到5%时,玻璃形成能力进一步提高,能制得直径8mm的非晶合金。当其直径增大到10mm时,合金为完全晶态合金。 (2)对块体非晶试样进行DSC热分析,在升温速率为20℃/min时,分析结果表明:添加稀土元素Ce、Pr、Tb、Gd后,合金的晶化起始温度T_x和晶化峰值温度T_p均向低温区移动,且T_x均为480℃左右,T_p均为490℃左右,而玻璃转变温度T_g的变化则较复杂,T_g随着添加元素的不同和含量的变化而变化。整体上看,过冷液相区△T_x均变小。


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