CuZrAlNb系块状非晶合金玻璃形成能力及晶化行为研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:edwardeternity
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本文以Cu50-xZr40+xAl5Nb5(x=0,2,4,6)合金为研究对象,比较了Zr、Cu元素含量变化对Cu50-xZr40+xAl5Nb5的非晶形成能力和力学性能的影响,以及Cu46Zr44Al5Nb5大块非晶合金的尺寸效应,并从变温晶化行为角度对该块体非晶合金的晶化过程进行了研究。采用铜模吸铸的方法制成Cu50-xZr40+xAl5Nb5(x=0,2,4,6)合金体系中,最优成分为Cu46Zr44Al5Nb5,其形成了完全非晶结构,直径为3mm。Cu48Zr42Al5Nb5、Cu44Zr46Al5Nb5为非晶-晶体复合材料。DSC分析表明Cu46Zr44Al5Nb5大块非晶合金的过冷液相区宽度ΔTx(K)、约化玻璃转变温度Trg、γ参数分别为51.9K,0.60,0.401,具有良好的热稳定性。从金相显微组织角度分析,Cu48Zr42Al5Nb5非晶-晶体复合材料中非晶相含量约为41%,Cu44Zr46Al5Nb5为非晶-晶体复合材料非晶相含量为89%。但二者结晶相的形貌、分布等并不不同。结晶相的体积分数,尺寸,形态和物理性质是影响非晶-晶体复合材料的因素。非晶-晶体复合材料Cu44Zr46Al5Nb5合金具有较好综合力学性能,其断裂强度达到了1747MPa,塑性应变达到了3.94%,大于Cu48Zr42Al5Nb5非晶-晶体复合材料的断裂强度和塑性应变。完全非晶结构的Cu46Zr44Al5Nb5合金具有最高的断裂强度为1811MPa。制备直径分别为φ3.0mm、φ4.0mm、φ6.0mm的Cu46Zr44Al5Nb5合金样品均为完全非晶结构,表明Cu46Zr44Al5Nb5合金的非晶形成的临界尺寸至少为φ6.0mm。玻璃转变温度Tg、晶化放热ΔH随Cu46Zr44Al5Nb5样品直径的增加分别增加和降低,与XRD衍射峰强度随直径的不同而变化的分析结果一致。这是因为冷却速度对试样尺寸变化十分敏感,而冷却速度的不同造成非晶态内部结构的差异。从动力学角度计算了Cu46Zr44Al5Nb5合金TTT曲线,计算得Cu46Zr44Al5Nb5非晶形成临界冷却速度为3.985K/s。直径分别为φ3.0mm、φ4.0mm、φ6.0mm的Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金断裂强度分别约为1811MPa、1669MPa、1501MPa。Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金试样的断裂强度随试样直径的增大而减小,这与其玻璃转化温度随试样直径增大而减小相互对应。玻玻璃转化温度反应合金中金属原子的结合力大小,玻璃转化温度越高,原子结合力越大,因此断裂强度越大。在变温晶化行为方面,Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金具有良好的稳定性,且随着升温速率的加快,Tg、Tx、Tp都向高温区“漂移”,即表现出明显的动力学特征。运用Kissinger法分别计算出Cu46Zr44Al5Nb5玻璃转变激活能Eg为231.96KJ/mol、晶化起始激活能Ex为351.39KJ/mol、晶化峰的激活能Ep为401.36KJ/mol。
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