锆基及钛基块体非晶态合金的力学行为研究

论文摘要

非晶态合金是合金熔液通过急速冷却得到的一种长程无序的合金,具有高强度和弹性极限等优点,结构与晶体材料不同,成为材料研究的新热点。随着进一步深入研究其结构与性能,非晶态合金开始应用到生产和生活中。但是非晶合金的韧性较差,这在很大程度上减小了其应用领域。本文通过对非晶合金进行预加载和退火处理,研究其对Zr基非晶合金结构和力性的影响。与临床运用的生物材料进行对比,分析TI基非晶合金的力学性能的特点。（1）Zr基非晶态合金是综合性能比较好和成形能力比较高的合金成分：Zr65Cu15Ni10Al10,通过先对合金进行预加载,再进行抗压强韧性测定,并结合对合金侧面及断面进行电子扫描（SEM）,从力性测试数据和微观结构分析力性变化规律。对比预加载前后非晶合金力学性能的变化,归纳出预加载对合金的结构和力性影响。另外,经过不同温度和时间的退火,再进行力学测试,结合微观结构特征,总结退火对非晶结构和力性的影响。发现：非晶退火作用存在一定的门槛值,在该值前后,非晶结构和力学性能变化比较明显。经研究发现,松弛作用使非晶强度上升,相对应变量下降,弹性模量稍微增大。剩余应力能够很好地进行数字拟合。松弛应力作用,造成非晶应力分部不均,结构特性分化。退火对非晶的影响有温度门槛值Tk的存在,随退火温度升高,非晶合金结构显非线性变化。本文对Zr基非晶经预载荷和退火作用后结构和力学性能的变化进行分析,为该非晶扩展运用领域有着重大现实意义,同时为研究非晶,特别是提高非韧性研究提供了一个新研究角度。（2）Ti基非晶成分是1#Ti-Zr-Cu-Pd、2#Ti-Zr-Cu-Pd-Si。其力学研究,经过对非晶的力学测定,探索Ti基非晶合金作为生物材料（如牙齿材料）的可能性。文章在模拟牙齿受弯曲等外力作用和咀嚼时不同速率抗压作用的基础上,对非晶进行弯曲强韧性测试和定速率与变速率抗压测定。与传统生物材料相对比,分析非晶材料作为生物材料的优点和力学性能相关的控制因素,并结合宏观和微观结构特征来分析性能形成的机制。Ti基非晶与常用生物材料相比,强度优势明显,弹性模量相当,韧性较差。抗弯强度高,总体显现脆性特点。压缩速率,对非晶力学性能影响明显。这项研究突破了传统生物材料多以晶态合金为主的形势,拓展了生物材料选择领域,同时为非晶材料研究提高了运用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 金属非晶态合金的发展历史及研究现状
• 1.2 非晶态合金的结构
• 1.3 金属非晶态合金制备的方法
• 1.4 金属非晶态合金的形成能力
• 1.5 块体金属非晶态合金晶化行为
• 1.6 块体金属非晶态合金的力学性能
• 1.6.1 非晶态合金的强硬度
• 1.6.2 非晶态合金的变形行为
• 1.6.3 非晶态合金的塑性变形
• 1.7 本论文主要研究内容
• 2 实验方法和设备
• 2.1 非晶态合金试样的熔炼及制备工艺
• 2.1.1 母合金熔炼
• 2.1.2 块体非晶态合金的制备工艺
• 2.2 非晶的结构测试
• 2.3 非晶的热稳定性分析
• 2.4 非晶的形貌分析
• 2.5 非晶的力性测试
• 2.5.1 力性测试设备
• 2.5.2 力性测试方法
• 2.6 非晶态合金的退火
• 2.7 Zr基非晶态合金的焊接
• 2.7.1 扩散焊接原理
• 2.7.2 扩散焊接设备
• 3 块体Ti基非晶态合金力性研究
• 3.1 引言
• 3.2 三点弯曲实验
• 3.3 定速率加载测试
• 3.4 变速率加载测试
• 3.5 本章小结
• 4 块体Zr基非晶态合金力性研究
• 4.1 引言
• 4.2 结构及热稳定性测定
• 4.3 退火后非晶力学测定
• 4.4 非晶力学松弛测试
• 4.4.1 蠕变测试
• 4.4.2 应力松弛测试
• 4.5 Zr基非晶合金的焊接
• 4.6 本章小结
• 5 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及攻读学位期间发表的论文