大块非晶及其晶化后相关性能的研究

论文摘要

非晶合金的晶化，包括凝固晶化和热处理晶化，对非晶合金的性能有着很大的影响，因此，了解非晶的晶化与其相关性能的关系将有助于提高非晶合金的性能。本论文系统地研究了晶化对几种体系非晶合金（Cu基、Ni基、Ti基、Zr基）的相关性能的影响，采用铜模真空吸铸法制备了所研究的几种体系的块体非晶合金及其非晶复合材料，利用示差扫描热分析（DSC）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等现代检测手段分析了样品的热稳定、晶化过程及显微组织结构，系统地研究了块体非晶合金分别在凝固晶化和真空退火晶化后相关性能的变化，重点研究了晶化对合金力学性能，腐蚀性能，耐磨性能的影响，并在一定的试验基础上给予了较好的解释。结果表明，Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6合金具有较强的玻璃形成能力和较宽的过冷液相区，其Tg=415℃，Tx=461℃，过冷液相区△T=（Tx-Tg）约为50℃，对Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6非晶合金分别在465℃和650℃下真空退火，成功实现了非晶合金的部分晶化和完全晶化。在465℃真空退火后，合金出现Cu10Zr7晶化相，而当在650℃下真空退火后，则出现了Cu10Zr7、Cu3Ti、Ni3Zr三种晶化相。同时发现晶化对Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6非晶合金的力学性能有着很大的影响，部分晶化的合金具有最大的断裂强度，而完全晶化的合金的断裂强度最差；同时部分晶化的合金其塑性比完全非晶合金有一定的提高，而完全晶化的合金则几乎没有塑性。晶化对Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6非晶合金的腐蚀性能同样有着一定的影响，在1N HCl和6N NaOH溶液中，部分晶化的合金均具有最好的抗腐蚀能力，完全晶化的合金抗腐蚀能力最差，而非晶合金居两者之间。同时，对晶化相的大小与合金腐蚀能力的关系也进行了初步的研究，得出非晶合金的抗腐蚀能力对晶化相的大小有着一定的相依性。相似地，在凝固中的晶化对合金的相关性能同样有着很大的影响，Ni基非晶复合材料比Ni基非晶材料具有更好的耐腐蚀性。同时在Ni基非晶复合材料中加入少量Ti元素，能进一步提高合金的耐腐蚀性，这是因为Ti能促进致密的氧化膜的形成。对于Ti基非晶复合材料，因为β-Ti晶化相的存在，使得合金具有强的温度相依性。研究表明，在650℃时合金具有较好的塑性和一定的强度。论文的最后研究了晶化对Zr基大块非晶耐磨性能的影响，采用纳米压痕技术对非晶合金的耐磨性能进行了探索，结果显示，部分晶化能够提高非晶合金的耐磨性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 块体非晶合金的研究概况
• 1.1.1 非晶合金的产生
• 1.1.2 块体非晶合金的发展背景及现状
• 1.1.3 块体非晶合金的性能与应用
• 1.2 块体非晶合金的形成与稳定性
• 1.2.1 块体非晶形成机理
• 1.2.2 非晶形成的热力学条件
• 1.2.3 非晶形成的动力学条件
• 1.2.4 块体非晶合金的玻璃形成能力
• 1.3 块体非晶合金的制备方法
• 1.3.1 水淬法
• 1.3.2 悬浮熔炼法
• 1.3.3 落管技术法
• 1.3.4 单向区域熔炼法
• 1.3.5 高压模铸法
• 1.3.6 真空吸铸法
• 1.3.7 感应加热铜模浇铸法
• 1.3.8 高压复合法
• 1.3.9 粉末冶金法
• 1.4 非晶合金的晶化
• 1.4.1 非晶晶化研究的意义
• 1.4.2 大块非晶晶化研究的现状和动态
• 1.4.3 晶化途径
• 1.4.4 非晶晶化对材料性能的影响
• 1.4.4.1 对力学性能的影响
• 1.4.4.2 对磁性能的影响
• 1.4.5 影响晶化的因素
• 1.4.5.1 制备工艺的影响
• 1.4.5.2 预退火的影响
• 1.5 本文的研究内容与意义
• 第二章 大块非晶晶化及其对其力学性能和电化学腐蚀性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 合金成分设计方法
• 2.2.2 合金制备及其非晶特性的表征
• 2.2.3 力学性能测试及断口分析
• 2.2.4 合金的腐蚀性能试验
• 2.2.5 晶化相大小的计算
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 非晶合金热力学特性
• 2.3.2 非晶合金的晶化过程中的相结构分析
• 2.3.3 合金显微组织分析
• 2.3.4 晶化过程对其力学性能影响
• 2.3.6 晶化过程对其腐蚀性能的影响
• 2.4 结论
• 第三章 含晶化相的非晶复合材料的腐蚀性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验结果及分析
• 3.3.1 合金的相组成
• 3.3.2 合金的电化学性能
• 3.3.3 合金在10%HCl中的腐蚀速度的对比分析
• 3.3.4 合金的腐蚀表面SEM观察
• 3.4 结论
• 第四章 含晶化相非晶合金的高温力学性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果及其分析讨论
• 4.3.1 合金的相组织分析
• 4.3.2 多相Ti合金的力学性能
• 4.3.2.1 室温力学性能
• 4.3.2.2 高温力学性能
• 4.4 结论
• 第五章 非晶及其晶化后的耐磨性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验方法
• 5.3 试验结果
• 5.3.1 合金结构
• 5.3.2 合金的热力学性能
• 5.3.3 合金压缩力学性能测试
• 5.3.4 合金的纳米压痕测试
• 5.3.5 晶化过程对合金耐磨性能的影响（划痕法）
• 5.4 结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）