ZrCu基大块非晶态合金的制备及其热力学性能的研究

摘要

由于ZrCu基非晶态合金不含有毒元素、不含贵金属,其强度、塑性、耐蚀性也比较好,因而具有良好的应用前景。通过在基体中添加适量的其它元素还可以进一步增强其非晶形成能力和热稳定性,采用控制析出纳米相的方法还可以有效地调节大块非晶态合金的性能,这需要非晶态合金基体本身就具有较强的非晶形成能力和较高的热稳定性,因而对非晶态合金的非晶形成能力、热稳定性以及晶化过程的分析已成为当前的研究热点。
　　本实验采用水冷铜模吸铸法和甩带法在氩气保护条件下,通过微幅改变Al元素的添加量,制备了一系列ZrCuAl非晶态合金,并以此为研究对象,用X射线衍射法和示差扫描量热法对其结构及热力学性能进行了研究。着重分析了Al含量对ZrCu基非晶态合金的非晶形成能力、热稳定性的影响,以及制备工艺对ZrCu基非晶态合金的热稳定性的影响,另外还对非晶态合金的晶化动力学过程进行了分析。
　　研究结果发现,在ZrCu基非晶态合金中添加适量的Al可以显著提高其非晶形成能力。通过微幅改变Al含量的方法,找出了一种新的具有较强非晶形成能力的三元合金成分Zr46Cu44Al10。此成分利用水冷铜模吸铸法能够制备出直径为5mm的非晶态合金,并探讨了适量Al元素的添加对有效提高ZrCuAl非晶态合金非晶形成能力的原因。
　　研究结果还表明,适量Al的加入能够明显提高非晶态合金的热稳定性,各特征温度值(Tg、Tx)和特征激活能(Eg、Ex)都显著增大。并且直径2mm的试样其热稳定性高于直径5mm的试样的热稳定性,条带试样的热稳定性更好。
　　通过对ZrCuAl非晶态合金的晶化过程进行分析,结果表明:对于吸铸样品,在晶化过程中,晶化激活能在开始时是随着晶化分数的增加而增加的,而当晶化分数达到约一半以后,局域晶化激活能又随着晶化分数的增加而减小。而对于条带样品,其局域晶化激活能却随着晶化分数的增加而持续增加,可见条带试样的晶化过程较吸铸试样的晶化过程困难,同时可以看出条带试样的热稳定性优于吸铸试样的热稳定性。直径2mm的吸铸试样其局域晶化激活能大于直径5mm的吸铸试样的局域晶化激活能。

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1 绪论

1.1 ZrCu基大块非晶态合金的研究进展

1.2 非晶态合金的主要特征

1.3 非晶态合金非晶形成能力的判定依据

1.4大块非晶态合金的形成条件

1.5大块非晶态合金的制备方法

1.6 热分析概述

1.7本文的研究目的、意义及主要内容

2 材料制备和仪器校准

2.1 原料的准备

2.2 试样的制备

2.3 性能检测方法

2.4 热分析仪器的校准

3 Al含量对ZrCuAl非晶态合金的非晶形成能力及热稳定性的影响

3.1 XRD分析

3.2 DSC分析

3.3 Al含量对ZrCuAl非晶态合金非晶形成能力的影响及原因分析

3.4 Al含量对ZrCuAl非晶态合金热稳定性的影响

3.5 本章小结

4 制备工艺对ZrCuAl非晶态合金热稳定性的影响

4.1利用Kissinger关系来分析试样的热稳定性

4.2其它方面的影响

4.3本章小结

5 非晶态合金的晶化动力学分析

5.1 Doyle方法计算局域激活能

5.2 非晶态合金在不同状态下的组织分析

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

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