● 摘要
大块镁基非晶合金是具有高比强度、高比模量、优异耐蚀性和耐磨性的高性能新材料。大块镁基非晶合金的研究和发展，需要了解后续热处理对其结构稳定性和力学性能影响，需要了解变形温度对其力学行为的影响，需要了解其蠕变特性。为了获得这些方面的知识和积累，本文选取大块镁基非晶合金中最有代表性的三组元Mg65Cu25Gd10合金作为研究对象，系统研究热处理对其结构热稳定性和压缩力学性能的影响，并对其高温压缩变形行为和蠕变性能进行了测试和分析。本文用铜模浇铸法制得大块Mg65Cu25Gd10非晶合金；分别在以Tg下、过冷液相区和晶化起始温度以上对其进行了不同时间的热处理，用XRD表征和测定其微观结构和晶化相，用DSC测定其特征温度的变化；通过压缩试验研究热处理参数对压缩强度的影响，用SEM观察断裂特征；通过高温压缩试验研究变形温度对其力学行为的影响；通过蠕变试验研究其蠕变规律和机理。本文得到的主要结果和结论如下：经弛豫处理后，Mg65Cu25Gd10非晶合金的玻璃态结构没有发生变化，但微观结构尺度上的原子排列有序程度加剧、尺度增大。在过冷液相区内退火处理，会有少量微小Mg2Cu和Cu2Gd晶化相析出。在晶化起始温度以上短时退火，即有大量微小Mg2Cu和Cu2Gd晶化相析出。低温（80℃以下）弛豫处理对特征转变温度影响不大，高温（80℃-Tg）弛豫处理使过冷液相区增大、玻璃稳定性提高。经低温弛豫处理的非晶合金试样，压缩强度随处理时间延长而降低；处理温度越高，降低速率越快。宏观断裂方式为剪断兼碎裂，剪断面上呈剪切韧窝特征，碎裂面上呈解理特征。经高温弛豫处理的非晶合金试样，压缩强度随处理时间呈先降、后升、再降低的变化规律，其峰值与淬态非晶合金的相当。宏观断裂方式为碎裂，微观断裂特征为解理。在过冷液相区和在晶化起始温度以上退火处理的非晶合金试样，压缩强度都随退火时间延长而急剧降低，宏观断裂方式分别为劈裂和碎裂，劈裂微观特征仍为解理，碎裂兼有准解理和微韧窝特征。随着变形温度提高，Mg65Cu25Gd10非晶合金的压断强度迅速降低，塑性逐渐显现。非晶合金在140℃压缩时，强度降到390MPa，并发生了明显塑性变形。随着变形温度继续升高，非晶合金的变形速率明显增加，并表现出塑性流变特征，尽管基体中有微小Mg2Cu和Cu2Gd晶化相析出。在120℃以下，Mg65Cu25Gd10非晶合金的蠕变速率随蠕变温度和蠕变应力的变化规律符合Arrhenius方程。即，蠕变温度越高或蠕变应力越大，蠕变速率越快。蠕变机理为原子空位扩散及过剩自由体积控制的原子扩散。在130℃以上，虽然蠕变速率虽然明显加快，但不符合Arrhenius方程。弛豫处理对Mg65Cu25Gd10非晶合金力学性能的影响可以用玻璃强化和有序强化的共同作用来解释。对低温弛豫处理的试样，由于弛豫处理所引起的原子排列有序程度和尺度不能产生足以弥补它对玻璃强化削弱所带来的强度损失，因而表现为强度随处理时间或处理温度的单调降低。对经高温弛豫处理的试样，弛豫处理所引起的原子排列有序程度和尺度会随着处理时间延长而逐渐产生足以弥补它对玻璃强化削弱所带来的强度损失，结果表现为强度随处理时间呈先降、后升的变化规律。