论文摘要
采用内生法制备了含韧性β树枝晶的Zr56.2Ti13.8Nb5.0Cu6.9Ni5.6Be12．（LM2）大块非晶合金基复合材料。采用X射线衍射（XRD）、差示扫描量热（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、INSTRON万能力学性能试验机、动态热机械分析（DMA）等研究了该非晶复合材料的组织、性能以及热稳定性。研究内容包括：1)采用熔炼-水淬法制备了LM2大块非晶基复合材料，研究了其凝固组织、树枝晶凝固规律以及压缩性能。LM2复合材料快速凝固时，树枝晶二次枝间距（λ）与冷却速率（ν）满足经验公式：λ=α×（ν）-n，a=29～46μm·Kn·S-n，n=0.46±0.04，在铸造试样树枝晶中发现了大量孪晶（残余应力）产生，在大尺寸（φ20mm、φ25mm）试样中发现了金属间化合物Zr2Cu，在低纯度原材料试样中发现了准晶。随着树枝晶尺寸增加，LM2复合材料屈服强度从1645MPa（3mm薄板）下降到1343MPa（φ25），塑性变形量在5.3％～16％之间；脆性金属间化合物Zr2Cu相对LM2复合材料的塑性没有显著影响，而准晶相极大地影响了复合材料的力学性能，含准晶相材料无宏观塑性。2)研究了LM2复合材料的等温／等时退火处理，在等温／等时退火过程中，树枝晶中的孪晶不断消失，高温β-Zr相向低温α-Zr转变，同时，非晶母体中产生一种未知晶体相产生。在室温～543K温度区间的等时退火中，随着温度的增加，树枝晶中孪晶消失和非晶母体中新相产生，复合材料的屈服强度、断裂强度逐渐增加，塑性逐渐降低；在583～653K温度区间处理后，材料无塑性，断裂强度随等温温度的增加逐渐降低；在583K（低于Tg）等温退火后，复合材料塑性下降，断裂强度随退火时间的增加而逐渐增高。残余内应力的存在与否是影响LM2复合材料塑性的主要原因之一，韧性β树枝晶通过自身的滑移或／和孪生以及相变等方式提高了复合材料的塑性，阻止单剪切带的扩展，形成多剪切带而提高了LM2合金的塑性。3)采用动态热机械分析仪（DMA）研究了LM2复合材料粘弹性质，给出了LM2复合材料的热稳定性特征。LM2复合材料存贮模量（E’）、损耗模量（E”）曲线不同于单一非晶态合金，在存贮模量（E’）曲线上出现了两级平台，损耗模量（E”）曲线中出现两个叠加峰，即β相转变和玻璃化转变峰（α驰豫）。LM2复合材料玻璃化转变服从VFT方程f=f0exp(B／（T-T0），f0=2.3E19Hz，B=15771K，T0=332K，脆性指数m=56；β转变是一个吸热过程，满足Arrhenius关系f=f0exp（E／RT），f0=5.6x10-61Hz，EA=8.1eV。等温频率谱研究表明：随等温温度的增加，峰值频率ω0逐渐向高频方向移动，α驰豫和β转变耦合、叠加在一起，采用单一的理论／经验模型难以描述LM2复合材料驰豫和相变过程，采用双KWW方程耦合模型φ（t）=Kexp（－t／τ1）β1+（1－K）exp（－t／τ2）β2分离出α驰豫和β转变能较好的拟合了653K、663K试验结果，在该温度下，材料的玻璃化转变（α驰豫）和β转变是两个相互影响的过程。