镁基块体非晶晶化行为研究及复合材料制备

摘要

物质就其排列方式来说，可以划分为晶体和非晶体。非晶态合金由于其长程无序短程有序的原子排列方式，与晶态合金相比，具有许多独特的物理与化学性质。因而块体非晶合金的研究是当前国际材料领域的前沿课题。本文利用在空气中普通铜模浇注法制备了块体Mg基非晶态合金及非晶复合材料，同时对非晶态合金进行了等温退火处理，采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)及光学显微镜分析(OM)等手段对其进行了研究。 本文首先研究了Zn元素对Mg<,65>Cu<,25-x>Zn<,x>Y<,10>(x=3，5，7)四元Mg基非晶合金的玻璃形成能力、晶化行为及熔化行为的影响。研究表明：当x=5时，合金的非晶形成能力最强，采用楔形铜模浇注完全非晶态试样厚度尺寸最大可达3.5mm，非晶形成的临界冷却速率为81.6K/s，同时玻璃转变温度和初始晶化温度最低，但约化玻璃转变温度T<,rg>最大，为0,583；而当x=3时，合金具有最大的热稳定性，合金的过冷液相区最宽，△T<,x>为63.8K。与其它合金相比较，Mg<,65>CU<,20>Zn<,5>Y<,10>四元合金的晶化转变更为复杂，表现为明显的四级晶化过程，而其熔化曲线为单一的吸热峰。 当用5％(原子百分比)的Nd元素部分替代Mg<,65>Cu<,25-x>Zn<,x>Y<,10>(x=3，5)合金中的Y元素后，合金的玻璃形成能力明显提高，能制得的完全非晶态试样最大尺寸分别为4.5mm和4mm，临界冷却速率分别为49.4K/s和62.5K/s。同时，Mg<,65>Cu<,22>Zn<,3>Y<,5>Nd<,5>非晶合金的晶化行为表现为明显的三级晶化，熔化曲线表现为较窄的单一吸热峰，峰宽为17.6℃。相比于Mg<,65>Cu<,20>Zn<,5>Y<,10>四元非晶合金，Mg<,65>Cu<,22>Zn<,3>Y<,5>Nd<,5>五元非晶合金的玻璃转变温度和初始晶化温度均明显提高。对Mg<,65>Cu<,22>Zn<,3>Y<,5>Nd<,5>非晶合金进行等温退火处理后，发生了非晶态向晶态的转变，原本单一非晶峰上出现了晶体相对应的尖锐晶体峰。在448K下，等温处理30min后，合金的脆性最大；在稍高温度468K下，等温处理30min后，合金的组织较为粗大，但脆性有所降低；而采用448K，15min+468K，15min分步晶化工艺处理后，合金组织均匀细小，同时具有最大的显微硬度，均值达到了268.2Hv，比完全非晶态下高出约41Hv。 本文还制备了两种成分的金属玻璃基复合材料(Mg<,65>Cu<,23>Al<,2>Y<,10>和Mg<,65>-Cu<,20>AL<,5>Y<,10>)试样。XRD分析表明，随着Al元素的加入，原本的非晶”馒头峰”上出现了晶体增强相的尖锐峰；DSC曲线中晶化放热峰表明两种合金基体为非晶态结构，相比于纯玻璃态时，复合材料的玻璃转变温度和初始晶化温度均下降，过冷液相区变窄，同时表现为多级晶化；尽管两种合金的成分只有细微差别，但两者的微观组织却相差很大，当Al含量为2％时，显微组织中有明显的针状组织存在，而Al含量为5％时，为粒状组织，直径约100nm左右。此外，Al含量为5％时，复合材料的显微硬度只比非晶态下稍微有所增大，而Al含量为2％时，硬度值却明显提高，均值达到了285.6Hv，比完全非晶态下的硬度值高出了59.8Hv，同时相比于完全非晶态，复合材料无明显脆性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1块体非晶合金研究进展

1.1.1非晶合金发展背景

1.1.2镁基非晶合金研究进展

1.1.3块体非晶合金的基本理论

1.1.4块体非晶合金制备技术

1.2非晶合金晶化研究进展

1.2.1非晶合金晶化反应基本理论

1.2.2非晶合金晶化方法

1.3非晶复合材料研究进展

1.3.1内生复合法

1.3.2外加复合法

1.4非晶合金的性能及应用

1.4.1金属玻璃的力学性能

1.4.2金属玻璃的磁学性能

1.4.3金属玻璃的耐腐蚀性能

1.4.4金属玻璃的其它性能

1.5本课题研究的目的与任务

1.5.1四元块体非晶合金的制备及研究

1.5.2五元Mg基非晶合金的制备及晶化处理研究

1.5.3 Mg基块体非晶复合材料的制备及研究

第二章实验流程及方法

2.1实验原料

2.2实验设备

2.3实验工艺流程

2.3.1中间合金的熔炼

2.3.2母合金熔炼及铜模浇铸

2.3.3等温晶化处理

2.3.4 X射线衍射分析

2.3.5 DSC差热分析

2.3.6 SEM分析

2.3.6显微硬度测试

第三章四元MG基块体非晶合金的制备及研究

3.1引言

3.2合金设计的理论分析

3.3 Mg65Cu25-xZnxY10块体非晶合金的制备及研究

3.3.1非晶合金的制备

3.3.2 X射线衍射(XRD)分析及研究

3.3.3差示扫描量热(DSC)分析及研究

3.4 Mg基四元体系的非晶形成能力及晶化行为分析

3.4.1非晶合金过冷液相区△Tx分析

3.4.2非晶合金约化玻璃转变温度Trg分析

3.4.3玻璃形成能力及临界冷却速率分析

3.4.4四元Mg基体系合金的晶化行为分析

3.5本章小结

第四章五元Mg基块体非晶合金的制备及晶化处理

4.1引言

4.2块体非晶合金的制备及研究

4.2.1合金成分设计的理论分析

4.2.2块体非晶合金的制备

4.2.3 X射线衍射(XRD)分析及研究

4.2.4差示扫描量热(DSC)分析及研究

4.2.5非晶合金玻璃形成能力分析

4.2.6多组元Mg基非晶合金的晶化行为分析

4.3块体非晶合金晶化处理及研究

4.3.1等温晶化处理及非晶复合材料制备

4.3.2 X射线衍射(XRD)分析及研究析

4.3.3扫描电镜(SEM)分析及研究

4.3.4非晶晶化及复合材料的形成分析

4.3.5显微硬度测试及分析

4.4本章小结

第五章块体镁基金属玻璃基复合材料的制备及研究

5.1引言

5.2镁基非晶复合材料制备及研究

5.2.1非晶复合材料的制备

5.2.2 X射线衍射(XRD)分析及研究

5.2.3差示扫描量热(DSC)分析及研究

5.2.4扫描电镜(SEM)分析及研究

5.2.5非晶复合材料形成基理分析

5.2.6显微硬度测试

5.3本章小结

结 论

有待进一步研究的工作

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文