无压烧结工艺对ZnAl/Fe48Cr15Mo14C15B6Y2材料力学和热学性能的影响

摘要

本论文采用气体雾化法制备的 Fe48Cr15Mo14C15B6Y2(以下简称 Fe48)非晶粉末加入韧性ZnAl合金粉末，利用Fe48在过冷液相区内超塑性能好的特点，在大气环境下无压烧结成型为致密的块体ZnAl/Fe48复合材料。利用X射线衍射法(XRD)对复合材料的结构表征，利用扫描电子显微镜(S EM)对试样的微观组织形貌及压缩断口形貌分析，并用差热分析法(DSC)对复合材料的热稳定性进行分析，通过激光闪射热导率测试仪测量复合材料的热导率及热扩散系数，以研究ZnAl/Fe48复合材料的导热性能。
　　ZnAl/Fe48复合材料的致密度随着ZnAl含量的增加与烧结温度的升高而增大，在640℃温度下烧结可得到较为致密的复合材料；复合材料的衍射峰中除了ZnAl合金的衍射峰外没有其它晶体的衍射峰出现，基底仍为 Fe48的漫散射峰，说明ZnAl的引入没有过多影响非晶基体的本质；烧结后的复合材料表面是连续的平面，没有观察到除ZnAl相以外的其它晶体相，Fe48与ZnAl相的界面结合很紧密，界面处存在着溶解扩散，但界面区只存在约2~3微米的界面扩散层，没有界面反应相生成。
　　通过对ZnAl/Fe48复合材料的压缩应力-应变曲线分析，ZnAl合金的引入可以明显改善Fe48合金的韧性；试验测得复合材料的屈服强度均低于混合法Reuss模型的预测值，但基本保持一致；结合其压缩断口形貌分析，ZnAl/Fe48复合材料的断裂机制为韧性断裂与脆性断裂共存的混合断裂机制，宏观表现为脆性断裂。
　　通过对ZnAl/Fe48复合材料的DSC曲线分析，发现非晶基体的本性变化不大，除了 ZnAl晶体相外，复合材料中没有其它的晶体相，ZnAl合金没有过多影响非晶基体的热稳定性，基体仍然保持完全的非晶态。在298~423 K温度范围内，ZnAl体积分数为45 vol.％的复合材料比Fe48有更低的热导率，ZnAl体积分数为65 vol.%的复合材料比其它试样有更高的热导率；不同的烧结温度对 ZnAl/Fe48复合材料的热导率影响不大；非晶复合材料的热导率与热扩散系数均随温度的升高而增大，但是随温度的升高变化不大，表明本论文无压烧结制备的ZnAl/Fe48复合材料具有良好的保温隔热性能。

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第1章 绪论

1 .1 非晶合金的研究进展

1. 1. 1 非晶合金的性能与应用

1. 1. 2 非晶合金过冷液相区的超塑性能

1 .2 非晶复合材料研究进展

1. 2. 1 非晶复合材料概述

1. 2. 2 非晶复合材料的制备

1.3 Fe基非晶合金及其复合材料的研究现状

1 .4 本论文的选题意义和研究内容

1. 4. 1 选题意义

1. 4. 2 研究内容

第2章 样品制备与实验方法

2.1 ZnAl/Fe48材料的制备

2. 1. 1 实验材料

2. 1. 2 ZnA l/F e48材料的无压烧结成型工艺

2 .2 分析测试方法

2. 2. 1 密度测量

2. 2. 2 微观组织分析

2. 2. 3 力学性能测试

2. 2. 4 热学性能分析

第3章 无压烧结制备ZnAl/Fe48Cr15Mo14C15B6Y2材料及其力学行为

3 .1 引言

3.2 无压烧结工艺制备ZnAl/F e48材料的工艺特点

3.3 ZnAl/Fe48材料的性能表征

3. 3. 1 ZnA l/F e48材料的致密性

3. 3. 2 ZnA l/F e48材料的结构表征

3. 3. 3 ZnA l/F e48材料的表面形貌

3. 3. 4 ZnA l/F e48材料的压缩力学性能

3. 3. 5 ZnA l/F e48材料的维氏硬度

本章小结

第4章 无压烧结工艺对ZnAl/Fe48Cr15Mo14C15B6Y2材料热学性能的影响

4 .1 引言

4.2 ZnAl/Fe48材料的热稳定性

4.3 ZnAl/Fe48材料的导热性能

4. 3. 1 物质的热传导原理

4. 3. 2 物质的热扩散系数

4. 3. 3 ZnA l/F e48材料的导热性能

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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