CuZrAl块体非晶合金结构与力学性能的影响因素研究

摘要

目前铜基块体非晶合金的研究受到了极大的重视。铜基块体非晶合金具有低成本和高强度等优点,但是如何提高其塑性目前还是个难题,本文研究了在CuZrAl块体非晶合金中使用Fe替代Cu发生相分离来提高其塑性,同时研究了Y和Nb元素的添加对CuZrAl块体非晶合金性能的影响;研究表明,块体非晶合金对氧含量有极大的敏感性,本文研究了不同氧含量下铜基块体非晶合金性能及内部结构的差异;采用定向凝固的方法研究了冷却速率对铜基块体非晶合金力学性能影响。研究内容及结论如下:
　　 首先,研究了合金化对CuZrAl块体非晶合金结构与力学性能的影响。微量Y元素的添加显著提高了块体非晶合金的非晶形成能力,同时也降低了其断裂强度。在Cu46Zr42Al7Y5块体非晶合金的基础上采用Nb部分替代Zr制备了Cu46Zr42-xAl7Y5Nbx(x=0,1,2,3,4,8)合金。少量Nb元素的加入可以提高Cu46Zr42Al7Y5合金的非晶形成能力和断裂强度,但当Nb元素的添加量大于一定值时,无法得到全非晶结构的合金,而且合金的断裂强度也明显降低。1at.％的Fe元素替代Cu元素提高了Cu45Zr48Al7块体非晶合金的非晶形成能力;同时由于发生了相分离,塑性变形也有了明显的提高。
　　 其次,本文发明了一种低氧含量块体非晶合金的制备技术,利用高纯氢预先在母合金的熔点附近进行去氧处理,同时又利用块体非晶合金具有储氢能力的特点,在母合金锭中储存一定量的氢,并在块体非晶合金成型过程中使用石墨坩埚等具有还原性的坩埚,从而使得合金在冶炼重熔时处于还原性气氛中,可低成本地获得更低氧含量的块体非晶合金。本文制备出两种不同氧含量的Cu45Zr48Al7块体非晶合金,氧含量的降低不仅改善了块体非晶合金的塑性,而且提高了其最大断裂强度;低氧Cu45ZrnsAl7块体非晶合金断口形貌中的脉状花纹明显多于高氧合金,而且花纹排列均匀;氧含量显著影响Cu45ZrasAl7块体非晶合金微观结构。
　　 最后,以Cu47Zr45Al8块体非晶合金为基础,采用定向凝固的方法在四种不同冷却速率下成功制备出了块体非晶合金。块体非晶合金在不同的冷却速率下都有很高的硬度,心部和边缘的显微维氏硬度值分布均匀;随着冷却速率的降低,块体非晶合金的显微维氏硬度逐渐降低,且Cu47Zr45Al8块体非晶合金的显微维氏硬度菱形压痕也逐渐变大。