● 摘要
非晶合金复合材料继承了非晶合金所具备的高强度、高弹性极限、高硬度等优良力学性能,同时改善了非晶合金的室温脆性等缺点。而CuZr基非晶合金复合材料由于基体本身具有较高的非晶形成能力,同时B2 CuZr作为单一的第二相可以在应力作用下发生马氏体相变从而实现应变强化,因而CuZr基非晶合金复合材料在结构材料领域具有广阔的应用前景,但是有限的制备尺寸在很大程度上限制了其实际应用。本论文从突破非晶合金复合材料制备尺寸出发,通过元素Ta的添加开发了厘米级CuZr基非晶合金复合材料,并研究了其形成、制备、热学性能、力学性能和微观结构等方面的特点,探讨了尺寸突破的热力学依据和力学性能优化的结构原因。主要内容如下:
系统研究了元素Ta的微量添加对CuZr基非晶合金复合材料形成能力的影响,利用铜模浇铸的方法制备了厘米级的Cu45.9Zr45.1Al7.5Sn1Ta0.5系非晶合金复合材料。讨论了铸造工艺对所研究体系非晶合金复合材料相结构的影响,探索了最佳铸造温度和喷射压等工艺条件。研究了所开发成分合金的热学性能,分析了其玻璃化转变、熔化凝固等过程,从热力学角度探讨了制备尺寸提升的原因。
研究了所开发Cu-Zr-Al-Sn-Ta系非晶合金复合材料的压缩性能,得到了具有高屈服强度(~1020 MPa),较大塑性变形能力(塑性变形约4.6%),同时表现出加工硬化特性的非晶合金复合材料。说明该成分合金不仅具有大的制备尺寸,同时具有优良的力学性能,增加了其作为结构材料应用的可能性。在腐蚀行为方面,Ta的添加对该体系非晶合金耐蚀性的改善作用也十分明显。
此外,本论文还深入研究了所制备的厘米级CuZr基非晶合金复合材料的微观结构,特别是第二相B2 CuZr的内部结构,建立了微观结构与力学性能的关联性,揭示了非晶合金复合材料力学性能对微观结构的依赖性。
通过以上研究,本论文有望为大尺寸非晶合金复合材料的开发制备提供思路,为CuZr基非晶合金复合材料微观结构调控和力学性能优化提供指导,有助于非晶合金复合材料制备及力学性能研究等相关理论的完善,对于推进CuZr基非晶合金复合材料的实际应用有重要意义。
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