添加铍对ZrCuAl合金非晶形成能力及力学性能的影响

论文摘要

本文研究了Be元素的添加对Zr43Cu50Al7、Zr46Cu42Al7Y5合金的非晶形成能力及非晶热稳定性的影响，用非自耗电弧炉熔炼与铜模吸铸相结合的技术，制备了(Zr43Cu50Al7)（100-x）Bex、(Zr46Cu42Al7Y5)（100-x）Bex基块体非晶合金。用X射线衍射法（XRD）分析了非晶合金的结构、用差热扫描量仪（DSC）测试了非晶合金的热力学特征参数并计算了非晶形成能力，同时通过Miedema模型计算出非晶形成焓。用数显显微硬度计、万能材料试验机、扫描电子显微镜（SEM）等测试技术，研究了(Zr43Cu50Al7)（100-x）Bex、(Zr46Cu42Al7Y5)（100-x）Bex块体非晶合金的维氏硬度、室温压缩性能和断口微观形貌特征。试验结果显示，添加5at%的Be元素使得Zr43Cu50Al7非晶形成体系的临界尺寸由3mm增加到4mm，使得Zr46Cu42Al7Y5非晶形成体系的临界尺寸由4mm增加到至少6mm，同时热力学判据Trg、γ参数可以有效的表征(Zr43Cu50Al7)（100-x）Bex、(Zr46Cu42Al7Y5)（100-x）Bex合金体系的非晶形成能力；根据Miedema模型计算的(Zr43Cu50Al7)（100-x）Bex、(Zr46Cu42Al7Y5)（100-x）Bex合金体系非晶形成焓均为负值，有利于非晶的形成。晶化动力学研究表明，块体非晶合金的结构弛豫和晶化具有显著的动力学特征。Zr43Cu50Al7、(Zr43Cu50Al7)95Be5为一级晶化过程，其表观晶化激活能分别为Ep1=344KJ/mol、287KJ/mol，后者的热稳定性比前者低； Zr46Cu42Al7Y5、(Zr46Cu42Al7Y5)91Be9为二级晶化过程，前者的表观晶化激活能分别为Ep1=356KJ/mol，Ep2=251KJ/mol，后者的表观晶化激活能分别为Ep1=303KJ/mol，Ep2=305KJ/mol，两者热稳定性接近。块体非晶合金(Zr43Cu50Al7)（100-x）Bex和(Zr46Cu42Al7Y5)（100-x）Bex随着x（x≤10）的变化其断裂强度在15111774MPa和16951979MPa的范围内变化，显示了良好的力学性能。

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Abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.1.1 大块非晶合金发展

1.1.2 Zr 基非晶合金的研究概况

1.2 非晶合金的结构特点

1.2.1 短程有序

1.2.2 非晶结构模型

1.2.3 非晶态中的结构缺陷

1.3 非晶形成理论

1.3.1 非晶形成热力学

1.3.2 非晶形成的动力学

1.3.3 非晶形成能力及其判定依据

1.4 非晶合金的性能及应用

1.5 本研究工作的目的、意义及内容

第2章实验方法

2.1 实验方案

2.2 实验过程

2.2.1 原材料的处理

2.2.2 合金成分的计算

2.2.3 块体非晶合金的制备

2.3 微观组织与结构分析测试方法

2.3.1 X 射线衍射分析

2.3.2 热物性分析

2.3.3 SEM 观察

2.4 力学性能检测

2.4.1 压缩性能试验

2.4.2 硬度测试

第3章 BE 含量对块体非晶的形成能力及热稳定性影响

3.1 引言

3.2 合金体系选择及成分设计

43CU₅₀AL₇的非晶形成能力及热稳定性影响'>3.3 BE 添加对 ZR₄₃CU₅₀AL₇的非晶形成能力及热稳定性影响

3.3.1 XRD 分析

3.3.2 DSC 热分析

3.3.3 Be 含量对 CuZrAl 试样非晶形成能力的热力学判定

3.3.4 非晶合金形成焓计算

3.3.5 Be 含量对 CuZrAl 非晶态合金热稳定性的影响

46CU₄₂AL₇Y₅的非晶形成能力及热稳定性影响'>3.4 BE 添加对 ZR₄₆CU₄₂AL₇Y₅的非晶形成能力及热稳定性影响

3.4.1 XRD 分析

3.4.2 DSC 热分析

3.4.3 Be 含量对 CuZrAlY 试样非晶形成能力的热力学判定

3.4.4 非晶合金形成焓计算

3.4.5 Be 含量对 CuZrAlY 非晶态合金热稳定性的影响

3.5 本章小结

第4章块体非晶合金的力学性能

4.1 显微硬度

43Cu₅₀Al₇非晶合金的维氏硬度影响'>4.1.1 Be 添加对 Zr₄₃Cu₅₀Al₇非晶合金的维氏硬度影响

46Cu₄₂Al₇Y₅非晶合金的维氏硬度影响'>4.1.2 Be 添加对 Zr₄₆Cu₄₂Al₇Y₅非晶合金的维氏硬度影响

4.2 室温压缩性能

4.2.1 压缩变形特征

4.2.2 压缩断裂宏观形貌

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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