Cu-Zr基非晶合金的力學性能研究.pdf

1、非晶合金因其具有極高的強度、硬度、斷裂韌性，良好的耐磨性、耐腐蝕性能等物理性能而在國防工業(yè)領域、航空航天裝備、生物醫(yī)學、電子信息等眾多領域展示出極大的應用前景。Cu-Zr基塊體非晶合金以其特有的經(jīng)濟價值優(yōu)勢，成為當今國內(nèi)外研究者們普遍關(guān)注的焦點。本文采用銅模吸鑄法制備了直徑為3mm的Cu-Zr-Al系列、Cu-Zr-Al-Co系列、Cu-Zr-Al-Ti系列、Cu-Zr-Al-Y系列合金，對制備好的棒材試樣進行了XRD檢測，分析其結(jié)構(gòu)特

2、征，并進行了大量的室溫力學性能測試，利用掃描電鏡(SEM)進行斷口形貌觀察，判斷合金的變形行為和斷裂方式，用透射電鏡(TEM)分析材料的組織結(jié)構(gòu)和化學成分等。本工作取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)對于Cu50-0.5xZr50-0.5xAlx(x=0，2，4，6 at.％)合金，XRD檢測結(jié)果表明，當CuZr合金中不加Al或者加入Al含量較少時（x=2，4 at.％），合金的非晶形成能力較差，但當Al含量為6 at.％時，合金

3、的非晶化程度得到極大提升，CuZr(B19')相和AlCu2Zr相消失，晶體只剩下B2-CuZr相和CuZr馬氏體(Cm)相;室溫壓縮性能測試結(jié)果表明，當Al的加入量逐步增加時，合金的室溫壓縮斷裂強度呈現(xiàn)先增加后降低的變化，其中斷裂強度最高的Cu48Zr48Al4合金可達到1788.3～1908.6MPa。
　　(2) Cu47Zr47Al6合金的非晶形成能力強于Cu48Zr48Al4，但前者的室溫壓縮斷裂強度不如后者。在Cu48

4、Zr48Al4合金和Cu47Zr47Al6合金中同時加入少量Co元素(加入量分別為2、4、6 at.％)，合金中晶體相的形成均受到影響，當Co的加入量達到2 at.％以上時(Cu48Zr48Al4)100xCox(x=2，4，6 at.％)合金和(Cu47Zr47Al6)100-x Cox(x=2，4，6 at.％)合金中沒有出現(xiàn)非晶基體，所含晶體相為B2-CuZr相和AlCu2Zr相;室溫壓縮性能測試結(jié)果表明，Co的添加會不同程度地降

5、低Cu48Zr48Al4合金和Cu47Zr47Al6合金的斷裂強度，并且Co的添加量越多，斷裂強度越低，幾乎沒有表現(xiàn)出任何塑性行為，其中(Cu48Zr48Al4)100-x Cox(x=0，2，4，6 at.％)合金的斷裂強度從1788.3～1908.6MPa降到了1484.2～1507.2MPa，(Cu47Zr47Al6)100-x Cox(x=0，2，4，6 at.％）合金的斷裂強度從1545.6～1559.3MPa降到了1320.

6、7～1410.9MPa。
　　(3)一定量Ti元素的添加能夠顯著提高Cu-Zr-Al非晶合金的玻璃形成能力和室溫壓縮斷裂強度，當Ti元素的添加量為2％時非晶合金室溫壓縮性能最高，(Cu47Zr47Al6)98Ti2的斷裂強度可達到1991MPa，塑性較低，彈性模量為35.8GPa，顯微硬度為585.2HV。(Cu47Zr47Al6)100-x Tix(x=0，2，4，6 at.％)合金均為非晶合金，其斷裂形式均為脆性斷裂，斷口形貌

7、出現(xiàn)了脈絡狀花紋及熔滴狀結(jié)構(gòu)。能譜分析結(jié)果顯示，由于Ti的加入使基體中形成了Al3Ti晶體結(jié)構(gòu)，Al3Ti作為硬質(zhì)顆粒彌散分布在非晶基體中，提高了非晶合金的室溫壓縮斷裂強度。
　　(4)對于(Cu47Zr47Al6)100-x Yx(x=0，1，2，3 at.％)合金，XRD檢測結(jié)果表明，Y元素的添加可以提高合金的非晶形成能力，隨著Y含量的增加，非晶合金的組織變化為:非晶基體+B2-CuZr相+CuZr馬氏體相→非晶基體+B2-C