新型Mg基块体非晶合金的喷铸制备与力学性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:akufar
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Mg基块体非晶合金由于其较大的玻璃形成能力和优异的力学性能,特别是其密度低、比强度高等特点,而被认为是一种具广阔应用前景的新型轻质结构材料,日益受到人们的重视和关注。本文以Mg基块体非晶合金为研究对象,采用铜模喷铸工艺成功地制备出直径为2mm的新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系块体非晶合金,利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和力学实验机等仪器设备对铸态合金试样的相结构、热力学性质、力学性能及断口形貌等进行了系统研究。主要结果如下:(1) XRD分析表明,Mg65LixCu20-xNi5Y10(x=0,2,4)、Mg60Cu30-xTixY10(x=3,5,8)和Mg65-xZnxCu25Gd10(x=0,3,5)合金试样均具有完全非晶态结构,Mg65Li6Cu14Ni5Y10、Mg60Cu20Ti10Y10和Mg57Zn8Cu25Gd10合金试样为非晶相和晶体相共同组成的非晶复合结构。通过进一步分析发现,其晶体相均以Mg2Cu相为主,由此可见,抑制合金熔体快速冷却过程中Mg2Cu相的析出成为获得上述具有完全非晶态结构的新型Mg基块体非晶合金的关键所在。(2) DSC测试结果表明,新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系块体非晶合金金均具有较高玻璃形成能力和热稳定性,但随合金中Li、Ti和Zn含量的增加,非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性逐渐降低。其中,Li和Ti的增加均分别使Mg-Li-Cu-Ni-Y系和Mg-Cu-Ti-Y系非晶合金试样的玻璃转变温度Tg和初始晶化温度Tx降低,并且Tx降低幅度较Tg大,使过冷液相区宽度ΔTx减小,表明非晶合金的玻璃形成能力逐渐下降,其原因可能与元素Li和Ti与相应合金组元间的混合热为正有关(Li-Mg:0kJ/mol; Li-Y:+8kJ/mol; Li-Ni:+1kJ/mol; Ti-Mg:+16kJ/mol; Ti-Y:+15kJ/mol);而Zn的增加则使Mg-Cu-Zn-Gd系块体非晶合金的Tg升高、Tx降低,导致ΔTx大幅度减小,表明非晶合金的玻璃形成能力明显下降。(3)力学性能研究发现,新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系块体非晶合金均具有高的压缩断裂强度(σf)、大的弹性应变(εe)、高的显微硬度(Hv)和低的弹性模量(E)。其中,Mg65Li2Cu18Ni5Y10非晶合金试样的σf、εe、Hv和E分别为729MPa、2.28%、253和36GPa;Mg60Cu27Ti3Y10非晶合金试样的σf、εe、Hv和E分别为879MPa、3.04%、347和34GPa;Mg60Zn5Cu25Gd10非晶合金试样的σf、εe、Hv和E分别为754MPa、3.07%、286和32GPa。不难看出,相较而言金属Ti作为一种增强元素可以在较高程度上提高Mg基非晶合金的力学性能。(4) SEM断口形貌分析表明,新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系块体非晶合金的断裂形式与其他典型块体非晶合金一样,仍大都是以剪切断裂模式为主导的脆性断裂。因此,提高塑性依然是Mg基非晶合金将来研究的重点之一。
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