论文摘要
非晶形成的机理、玻璃形成能力（GFA）、热稳定性和力学性能是材料科学的重要问题,目前也是非晶材料和物理领域研究的重点方向之一。微量元素添加技术在提高合金的玻璃形成能力（GFA）,增强非晶的热稳定性和改善非晶的力学性能等方面发挥着有效和重要的作用,而且是探索新型非晶材料,改进非晶性能的有效方法。本文利用磁悬浮+铜模吸铸法,以Zr60Ni22Al18合金作为研究的基体合金,针对性的选择廉价元素Fe和同族元素Ti作为添加元素,研究Fe和Ti元素添加对Zr60Ni22Al18非晶的形成能力、热稳定性和力学性能的影响,进一步探讨元素添加对Zr基非晶合金室温压缩断裂强度的影响机理。另外,利用铜模吸铸法,研究类金属元素P和B做为添加元素对快速凝固Zr71Fe15Cu14合金组织演化和力学性能的影响。本课题从研究方向上为利用元素添加制备新的金属基非晶材料/复合材料和改善其力学性能提供全面的实验与理论依据,故而,对开发新型非晶合金系统、优化合金成分具有重要的理论指导意义。本文以X射线衍射技术（XRD）、差示扫描量热分析（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、WDW-100J压力试验机为主要测试手段,主要研究内容和结论如下:采用铜模吸铸法制备了Φ3mm的(Zr0.60Ni0.22Al0.18)100-xFex（x=0,2,4,6,8,10）合金圆柱形棒。XRD分析表明,当Fe的含量为2%时,有晶体相Zr3Fe、Ni42Zr58以及未知相的析出,是非晶合金基复合材料,其他成分合金基本为单相非晶。对Φ3mm的(Zr0.60Ni0.22Al0.18)100-xFex（x=0,4,6,8,10）合金DSC分析表明,相对于基体合金（x=0）,Fe元素含量在0-6%区间时,过冷液相区宽度（ΔTx）随着Fe元素含量增加是先增加后减小,最大值为105K,最小值为75K;在6%-10%区间ΔTx是先减小后增加,最大值为81K,最小值为44K。合金的约化玻璃转变温度Trg在0.5017-0.5684范围内。室温压缩断裂实验分析表明,除非晶合金基复合材料（x=2）外,相对于基体合金（x=0）Fe元素能显著提高Zr基非晶材料断裂强度（>1700MPa）,当Fe元素含量为4%时,非晶的断裂强度最高为2006MPa。采用铜模吸铸法制备了Φ3mm的(Zr0.60Ni0.22Al0.18)100-xTix（x=0,2,4,6,8）合金。XRD分析表明,当Ti的含量为4%时,有晶体相NI10Zr7以及未知相的析出,是非晶合金基复合材料,其他成分合金基本为单相非晶。DSC分析表明,随着Ti元素含量递增,过冷液相区宽度（ΔTx）是递增后减小,当Ti的含量为4%时,ΔTx最大,为68K;当Ti的含量增大到8%时,ΔTx最小,为38K。合金的约化玻璃转变温度Trg在0.4723-0.5113范围内,Ti元素的添加,Trg都是减小的,当Ti的含量为2%时,合金的Trg最小,为0.4723。室温压缩断裂实验分析表明,除x=4非晶复合材料外,非晶的断裂强度是先增加后减小的趋势,当Ti的含量为6%时,非晶具有最高的断裂强度1955MPa,同时具有大的塑性3.94%。采用铜模吸铸法制备了Φ3mm的(Zr0.71Fe0.15Cu0.14)100-xMx（M=P,B,x=0～5 at%）合金。XRD分析表明,合金组织都是由非晶相、金属间化合物和Zr单质组成。随着P或B元素含量的增加,晶体的衍射峰的峰值都有变小的趋势,“馒头峰”趋于明显。室温压缩断裂实验分析表明,随着P或B元素含量的增加,断裂强度变大,添加P元素后的最高断裂强度为618MPa,添加B元素后的最高断裂强度为1398MPa。