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Al含量對(duì)多相增強(qiáng)CuZr基非晶復(fù)合材料組織性能的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-04-07  瀏覽次數(shù)：3096
非晶合金又稱(chēng)金屬玻璃，其原子排列具有長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于不存在傳統(tǒng)晶態(tài)合金中常見(jiàn)的位錯(cuò)、晶界等缺陷，非晶合金具有高強(qiáng)度、高硬度、高斷裂韌性等優(yōu)異性能，成為研究熱點(diǎn)。然而，非晶合金的室溫脆性與應(yīng)變軟化嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。通過(guò)引入晶化第二相制備非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)是提高非晶合金室溫塑性的有效手段之一。

華中科技大學(xué)吳樹(shù)森教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控Al含量探討了非晶復(fù)合材料微觀(guān)組織及力學(xué)性能的變化規(guī)律。研究表明，Al含量會(huì)對(duì)復(fù)合體系中基體的非晶形成能力產(chǎn)生影響。隨著Al含量的增大，體系中的非晶形成能力先增大后減小。非晶形成能力的變化會(huì)對(duì)凝固過(guò)程中析出的多相增強(qiáng)結(jié)構(gòu)含量及尺寸產(chǎn)生相應(yīng)影響，進(jìn)而影響非晶復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和塑性變形能力。因此，可根據(jù)不同性能需求進(jìn)行成分選擇，實(shí)現(xiàn)合金組織與性能的可調(diào)可控。相關(guān)研究成果于2024年2月在《特種鑄造及有色合金》網(wǎng)絡(luò)首發(fā)。

研究人員制備的復(fù)合材料成分為［（Zr0.5Cu0.5）99.5-xAlxSn0.5］0.97Ta3（摩爾比，x=5，6，8，分別記為Al5、Al6、Al8），采用的Cu、Zr、Al、Sn、Ta元素純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）均在99.99%以上。將各元素按摩爾比進(jìn)行配料，在抽高真空后充入高純Ar保護(hù)氣氛下，利用電弧熔煉制備Zr-Ta預(yù)合金，再與其他元素一起進(jìn)行電弧熔煉制備母合金。將制得的母合金進(jìn)行感應(yīng)銅模噴鑄。將母合金敲碎，取小塊放入底部開(kāi)有小孔的石英管中，利用感應(yīng)電流對(duì)合金塊進(jìn)行感應(yīng)加熱，完全熔化后利用石英管上方引入的Ar氣流將金屬熔體噴入銅制模具，制備直徑為?2mm的棒狀非晶復(fù)合材料試樣。使用X射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行晶體特性表征（圖1），入射角范圍為20°~80°，掃描速度為3（°）/min。使用掃描電鏡觀(guān)測(cè)試樣的微觀(guān)和斷口形貌（圖3）。使用熱重/差熱綜合熱分析儀測(cè)量試樣差熱信息（圖2），判別熱效應(yīng)所對(duì)應(yīng)的結(jié)晶、相變、熔融等物化過(guò)程。使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓縮力學(xué)試驗(yàn)（圖4），壓縮試樣的尺寸為?2mm×4mm，且兩端平整光滑，應(yīng)變速率為5×10-4s-1。結(jié)果表明：隨著Al含量增加，復(fù)合材料的非晶形成能力先增大后減小，B2+B19′析出相的體積分?jǐn)?shù)則先降低后增加，富Ta相的體積分?jǐn)?shù)及尺寸有所下降?？赏ㄟ^(guò)Al含量來(lái)調(diào)控復(fù)合材料的力學(xué)性能。Al5及Al8合金中析出相體積分?jǐn)?shù)較高，合金塑性高，但屈服強(qiáng)度較低。Al6中析出相體積分?jǐn)?shù)降低，則合金塑性有所下降，但屈服強(qiáng)度升高。富Ta相與B2/B19′相形成的核殼結(jié)構(gòu)阻礙了基體剪切帶的快速擴(kuò)展，造成剪切帶增殖，同時(shí)B2相的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變及富Ta相自身形變也會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，提高復(fù)合體系的塑性變形能力。（文章來(lái)源于特種鑄造，編輯時(shí)有改動(dòng)）



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