Zr基块体非晶合金的形成与变形行为

admin · 发表于 2022-9-4 17:05:57

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摘要非晶合金具有原子排列长程无序、短程有序的结构特点及独特的物理、化学性能，在电子、机械、军事、航空航天及精密加工等领域具有重要的应用前景。探索开发大尺寸块体非晶合金一直是该领域的研究重点。但块体非晶合金较小的塑性变形能力却成为其工程化应用的瓶颈，因此非晶合金的变形行为也是当前国际非晶合金领域的研究热点。本论文从上述角度出发，以目前研究最广泛的Zr-Al-Ni-Cu体系非晶合金为对象，通过大量的实验工作研究了成分因素和制备工艺因素对合金非晶形成能力的影响；并采用原位实时观察方法对非晶合金的变形行为进行了深入的分析探讨。研究了成分因素对Zr-Al-Ni-Cu系合金非晶形成能力的影响。结果表明，Zr-Al-Ni-Cu四元合金的非晶形成能力远大于Zr-Al-Ni和Zr-Al-Cu三元合金的非晶形成能力。Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 (at%)合金具有最高的非晶形成能力，采用铜模喷射铸造法得到其非晶形成的最大直径达7 mm。相似元素Ni和Cu在一定比例下共存，使液态合金的熵值增加、自由能降低，从而有效提高了合金的非晶形成能力。掌握了在不同工艺条件下制备大尺寸Zr65Al7.5Ni10Cu17.5块体非晶合金的方法。采用铜模喷射铸造法和铜模浇铸法，分别在过热度200 K和300-350 K条件下成功制备出最大直径可达7 mm和16 mm的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5块体非晶合金；研究了不同铸造速度对喷射铸造法制备Zr65Al7.5Ni10Cu17.5合金非晶形成能力的影响。结果表明适当的过热度条件和较快的铸造速度有利于形成大尺寸的非晶合金样品。原位观察了非晶合金压缩塑性变形过程中试样表面的应变场及热场分布。结果表明，非晶合金塑性变形初期，剪切带的萌生和扩展遍及试样表面，局部变形区域温度升高不明显；塑性变形中后期，剪切应变或滑动逐渐集中在少数几条甚至一条剪切带上，变形区域温度升高明显，但仍保持在几度范围内。在塑性变形过程中，剪切带间歇式地扩展，不断地发生弯折和分叉，并成为进一步变形的优先位置，显示出复杂的扩展及相互作用过程。

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