Co及Nb添加对Cu-Zr-Al非晶复合材料微观组织及力学性能影响

摘要

本文以不同Co和Nb添加量的Cu48-xZr48Al4Co/Nbx非晶合金及其复合材料为研究对象，通过电弧熔炼-铜模吸铸法，制备了各成分的阶梯试样，并主要选取其中直径3mm的样品分析了不同Co和Nb添加量对 Cu48-xZr48Al4Co/Nbx非晶合金及其复合材料微观组织结构、晶化程度和压缩变形行为及纳米压痕行为的影响。
　　通过光学显微、X射线衍射和透射电子显微分析了不同 Co和Nb添加量对Cu48-xZr48Al4Co/Nbx非晶合金及其复合材料显微组织结构的影响；研究发现，Co和Nb的添加都能提高合金的有序度，并在10nm左右的区域析出纳米晶。
　　通过差示扫描量热(DSC)分析，研究了Co和Nb添加对合金晶化程度的影响。研究表明，随着 Co和Nb含量的提高，合金晶化体积分数升高。Co和Nb添加对合金的晶化激活能影响不大，进而确定了Co和Nb促进合金晶化的微观机制是控制结晶相长大。但是 Co和Nb含量的提高会减小合金的过冷液相温度区间，从而降低合金的热稳定性，最终降低了合金的玻璃形成能力，促进合金中晶体相的形成。
　　通过对非晶合金及其复合材料室温压缩变形行为研究，发现非晶合金中原位析出的晶体相能够提高合金的压缩变形塑性，并且在具有较大塑性变形能力的合金扫描断口侧表面上发现了大量的交叉剪切带，分析得到合金塑性提高的机制是晶体相诱发剪切带由单一局域的扩展转变为协同均匀的扩展，相应的应力-工程应变曲线上发现了对应于剪切带形核与扩展的锯齿流变现象；其中Co和Nb添加量分别为0.5％和3.7%时合金的压缩塑性最大，最大随性变形量分别为11%和4%；合金在塑性变形过程中表现出应变硬化，表明合金具有较好的塑性变形稳定性。
　　讨论了直径2mm的非晶合金及其复合材料压缩变形行为，发现发现没有Co和Nb添加的直径2mm合金试样相比直径3mm合金试样，表现出一定程度的压缩塑性。Co和Nb添加对直径2mm的合金压缩塑性的影响类似于直径3mm的试样，即随着添加量的增加，压缩塑性先提高后降低。
　　通过对Co添加量0.5%和Nb添加量3%非晶复合材料的非晶基体及其晶化相的纳米压痕分析，发现非晶基体在加载过程中发生了类似于压缩塑性变形过程的锯齿流变现象；另外，在实验过程中发现在保压阶段合金发生了蠕变现象，即非线性的不稳定蠕变和线性的稳定蠕变；稳态蠕变阶段的应力指数随着保压载荷水平的提高而增大，说明高载荷水平下合金的稳定性较低；根据测试结果，发现非晶相比晶体相有更高的硬度和弹性模量，且硬度和弹性模量大小受到加载条件的影响，高载荷水平下合金表现出更高的硬度和弹性模量值。

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第1 章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 非晶合金研究现状

1.3 非晶合金变形行为研究

1.4 Cu-Zr基非晶合金

1.5 非晶复合材料研究现状

1.6 本课题研究内容

第2 章 材料制备与研究方法

2.1 Cu-Zr基合金阶梯试样的制备

2.2 分析测试方法

第3章 Co添加对Cu-Zr基非晶复合材料微观组织及性能的影响

3.1 引言

3.2 显微组织结构分析

3.3 力学性能分析

3.4 压缩断口分析

3.5 本章小结

第4章 Nb添加对Cu-Zr基大块非晶复合材料微观组织及性能的影响

4.1 引言

4.2 组织分析

4.3 力学性能分析

4.4 断口分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢