冷热处理对Zr基块体非晶合金结构和性能的影响

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块体非晶合金因其优异的力学性能而具备极大地应用潜力,但远低于玻璃转变温度Tg的低塑性极大地限制了非晶合金在工程中的应用。热处理是提升金属材料性能常用的手段。而一些研究表明,低温热循环也能够提升非晶合金的各项性能,所以本文选择Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非晶合金作为研究对象,利用X射线衍射(XRD)分析仪、示差扫描量热仪(DSC)、力学试验机、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站等实验手段系统的研究了低于玻璃转变温度Tg的驰豫退火以及低温热循环对合金结构、热稳定性、力学性能和腐蚀性能的影响,并分析了其影响机理。系统研究了驰豫退火以及低温热循环对Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非晶合金结构的影响。实验结果表明,玻璃转变温度Tg及以下温度的驰豫退火处理以及低温热循环后的合金试样仍呈非晶态,不同的是,驰豫退火处理后的合金试样原子排列趋于有序化,而低温热循环后的合金试样的原子排列趋于无序化。系统研究了驰豫退火以及低温热循环对Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非晶合金热稳定性的影响。实验结果显示,铸态试样在玻璃转变温度Tg及以下驰豫退火处理后合金试样的过冷液相区宽度ΔTx随退火温度的增高、保温时间的延长而减小;而铸态试样经低温热循环后其ΔTx随循环处理次数的增加而增大。表明驰豫退火过程会使非晶合金的热稳定性降低,但低温热循环会提高非晶合金的热稳定性。系统研究了驰豫退火以及低温热循环对Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非晶合金力学性能的影响。低于玻璃转变温度Tg温度的退火处理过程会减少合金内部的自由体积,促使原子间距减小,粘滞性增高,导致合金室温塑性整体呈降低趋势。值得注意的是,在500K保温30min退火处理后的退火态合金的塑性应变εp高于铸态试样,由铸态试样的13.41%增加到退火态的16.44%,其抗压强度σbc为2057.58MPa。本文认为退火态试样塑性变形能力的提升与退火处理过程中原子结构的均匀化、微量纳米晶的析出或成分偏聚相关。其次,低温热循环可以显著提升不同状态下合金试样的塑性应变εp,当循环90次时,对于铸态样品,其室温塑性应变εp达19.08%;对于退火态(500K,30min)试样,其塑性应变εp达19.05%。综合来讲,适当的退火处理工艺与低温热循环条件可以作为优化合金力学性能的有效方法。利用电化学工作站系统地研究了驰豫退火处理以及低温热循环对Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非晶合金腐蚀性能的影响。实验结果显示,驰豫退火处理以及低温热循环后的试样的自腐蚀电位Ecorr正移,表明驰豫退火处理以及低温热循环会增强非晶合金的耐腐蚀性能。
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