镁基块体非晶合金及其复合材料的研究

论文摘要

Mg基非晶合金由于具有高的比强度、良好的耐蚀性、低廉的价格而在精密仪器、微成型材料和3C产品中具有广泛的应用前景。但是由于通常Mg基非晶合金没有宏观上的塑性变形,断裂韧性也与SiO2等理想脆性材料相当,使Mg基非晶合金的应用存在困难,因此提高Mg基非晶合金的塑性成为Mg基非晶合金研究的焦点。本文通过合金元素的力学特性和对Mg基非晶形成能力的分析,确定了以Mg-Cu-Nd、Mg-Ni-Cu-RE（RE=Y,Nd）、Mg-Zn-Ca和Mg-Ni-Zn-Y合金为主要研究对象,通过铜模铸造方法制备了不同直径的圆柱样品。采用扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、透射电镜和拉压力学试验机等设备对合金的组织形貌、相结构、非晶合金的热力学稳定性、熔化行为和力学性能进行研究,获得了以下结果:在Mg-Cu-Nd三元合金系中,建立了非晶合金形成能力在2mm以上的成分区域。合金元素Ag可以提高Mg-Cu-Nd合金的非晶形成能力与力学性能。其中Mg57Cu30.5Nd10Ag2.5的非晶形成能力达到5mm,塑性变形量达到为1.5%。对Mg-Cu-Ni-Nd四元合金的研究结果表明,Mg62.6Cu10.5Ni14Nd12.9的临界制备尺寸至少可以达到直径5mm。而Mg60Ni10Cu16Nd14合金不仅具有较高的非晶形成能力（-5mm）,而且具有高达8.5%的塑性应变,这是目前所发现的塑性应变量最大的Mg基非晶合金,采用TEM分析表明,两种不同成分的非晶相所引起的剪切滑移过程的变化是引起塑性变形的主要原因。对Mg-Cu-Ni-Nd-Y五元合金的研究结果表明,Mg58.5Cu27.5Ni3Nd5Y6可以形成直径达13mm的非晶合金,提出了采用计算应力与实验应力的相对差值估算实验应力的可靠性问题。计算结果表明,Mg58.5Cu27.5Ni3Nd5Y6具有最小的相对误差,表明具有很好的实验应力再现性能。对Mg-Zn-Ca三元合金研究结果表明:非晶形成能力最佳的合金成分为Mg68Zn28Ca4,其强度和塑性应变分别为828MPa和1.28%。在Ca含量控制在3-5at.%时,通过调节Mg和Zn的含量可以获得具有高性能的Mg基非晶合金及其复合材料。对Mg-Ni-Zn-Y四元合金的研究结果表明,当合金成分在Mg为73-81at%、Ni为8-12% at%、Zn为3-5at%、Y为6-10% at%范围时,可以形成具有长程有序相（LPO）韧化的Mg基非晶合金复合材料。合金成分中形成LPO相的最小Y/Zn值为0.57,而LPO相中的Y/Zn比值略大于1。其中Mg81Ni8Zn5Y6合金的压缩强度为550MPa,塑性应变为21%。这是目前所发现的塑性变形量最大的Mg基非晶合金复合材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 非晶态合金的结构与发展历史
• 1.1.1 非晶合金的结构
• 1.1.2 非晶合金的发展
• 1.1.3 Mg基金属玻璃的发展
• 1.1.4 非晶复合材料的产生及发展
• 1.2 非晶形成的基本理论
• 1.2.1 非晶态合金的结构特点
• 1.2.2 非晶形成的控制因素
• 1.2.3 非晶转变的理论研究
• 1.3 大块非晶合金的制备
• 1.3.1 铸造方法
• 1.3.2 非晶颗粒压结法制备大块非晶
• 1.4. 大块非晶的性质
• 1.4.1 力学性质
• 1.4.2 物理性质
• 1.5 大块非晶的应用研究
• 1.6 大块非晶的科学进展及未来研究方向
• 1.6.1 大块非晶的科学进展
• 1.6.2 大块非晶的研究方向
• 1.7 本论文的工作
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验材料配制
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 中问合金的熔炼
• 2.3.2 母合金的熔炼
• 2.3.3 合金的浇铸
• 2.3.4 合金的力学性能试验
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 SEM图像分析
• 2.4.2 热分析
• 第三章 Mg-Cu-Nd 非晶合金形成能力的研究
• 3.1 引言
• 3.2 Mg-Cu-Nd非晶合金形成能力与力学性能
• 3.3 Ag对Mg-Cu-Nd非晶合金形成能力与力学性能的影响
• 3.3.1 Mg-Cu-Nd-Ag合金非晶形成能力
• 3.3.2 非晶合金的力学性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 Mg-Cu-Ni-RE合金的非晶形成能力及力学性能
• 4.1 Mg-Cu-Ni-Nd非晶合金形成能力与力学性能
• 62.6Cu_10.5Ni₁₄Nd_12.9和Mg_59.4Cu_24.5Ni₆Nd_10.1合金的非晶形成能力'>4.1.1 Mg_62.6Cu_10.5Ni₁₄Nd_12.9和Mg_59.4Cu_24.5Ni₆Nd_10.1合金的非晶形成能力
• 62.6Cu_10.5Ni₁₃Nd_12.9非晶合金的力学性能'>4.1.2 Mg_62.6Cu_10.5Ni₁₃Nd_12.9非晶合金的力学性能
• 4.1.3 具有韧性的Mg-Ni-Cu-Nd非晶合金成分的研究
• 4.2 Mg-Cu-Ni-Nd-Y非晶合金形成能力与力学性能的研究
• 4.2.1 Mg-Cu-Ni-Nd-Y合金的非晶形成能力
• 4.2.2 非晶合金的力学性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 Mg-Zn-Ca块体非晶合金及其复合材料的研究
• 5.1 引言
• 72-xZn₂₈Ca_x合金的组织'>5.2 Mg_72-xZn₂₈Ca_x合金的组织
• 5.3 共晶成分的非晶形成能力
• 5.4 Mg-Zn-Ca非晶合金复合材料
• 5.5 Mg-Zn-Ca铸态合金的力学性能
• 5.6 断口观察
• 5.7 讨论
• 5.8 本章小结
• 第六章 长周期结构韧化镁基非晶合金复合材料的研究
• 6.1 引言
• 6.2 Zn/Y对LPO形成规律的影响
• 6.3 Ni、Mg含量变化对复合材料组织与性能的影响
• 6.4 Y对合金组织与力学性能的影响
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢