Mg-Ni基非晶合金的制备及性能研究

摘要

非晶态合金由于其自身独特的结构特点，具有传统的晶态金属材料所无法比拟的优异性能，因而成为特殊领域下的新型结构材料。与其他非晶合金相比，镁基非晶合金由于其资源丰富、价格低廉、低密度和高强度等独特优势，而逐渐成为材料领域的研究热点之一。
　　 近年来，为了提高镁基合金的玻璃形成能力(GFA)，主要采用两种方法：(1)调整合金系的元素比例；(2)微合金化法。而微合金化法被证明是提高合金玻璃形成能力的有效途径。本文采用单辊旋淬技术制备了不同成分的Mg-Ni-Y系三元非晶合金，并对部分非晶合金在不同工艺条件下进行了退火处理，而后通过分别添加稀土元素Ce、Nd，制备了Mg-Ni-Y-Ce、Mg-Ni-Y-Nd四元非晶合金。调整不同铜辊转速、获得不同冷却速度，配合X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DTA)、扫描电子显微镜(SEM)等分析技术对Mg-Ni基非晶合金的微观组织结构、晶化行为、玻璃形成能力进行了系统的研究；通过显微硬度测试、电化学测试等方法对该非晶合金的力学性能和耐腐蚀性能进行了分析和探讨。
　　 X射线衍射、差热分析和显微硬度测试表明，在Mg86.33Ni13.67-xYx(x=0，1,3，6，10)合金系中，玻璃形成能力和显微硬度均随Y含量的加入明显提高，当x=6时达到最大，而后随Y含量进一步增加稍有下降；对于不同成分的Mg86.33Ni13.67-xYx非晶合金，XRD图谱中最大衍射漫散峰的位置20发生了明显变化，通过晶化处理，结果表明当x=0，1,3时，20对应的是fcc-Mg6Ni或fcc-Mg6Ni+Ni-Y金属间化合物；而当x=6，10时对应的是Mg-Y和Ni-Y化合物；添加Y后该非晶合金在中性0.01mol/LNaC1溶液中的耐腐蚀性先提高，而后随Y含量增加而降低，非晶合金的耐腐蚀性能与合金结构及成分有关。
　　 在Mg80-xNilO+xY1O(x=0,5，10，15)合金系中，Mg65Ni25Y10非晶合金的玻璃形成能力最强，在此合金基础上，分别加入适量的稀土元素Ce、Nd，即Mg65Ni25YlO-xCex(x=0，2.5,5，7.5，10)和Mg65Ni25YlO．xNdx(x=0，2.5,5，7.5，10)，均在不同程度上提高了非晶合金的玻璃形成能力，Mg65Ni25Cel0和Mg65Ni25Ndl0合金形成非晶态结构时铜辊的临界转速均低于7.693m/s。对比Ce和Nd对镁基合金玻璃形成能力的影响，Nd元素比Ce元素的作用更加显著。Mg-Ni基非晶合金中加入Ce时可在一定程度上提高合金在中性0.01mol/LNaCl溶液中的耐腐蚀性能，而加入Nd时却降低了合金在该溶液中的耐腐蚀性能，二者耐腐蚀性能的差别可能是由阳极氧化时Ce、Nd生成的氧化物结构的不同所致。
　　 将Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金在较低温度下退火时，该合金没有发生明显晶化，然而随退火温度逐渐升高，其非晶漫散射峰最大强度所对应的2θ值逐渐增大，表明原子的近邻间距逐渐减小，非晶内部发生结构弛豫，导致拓扑结构不稳定性降低。通过对Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金的晶化行为进行分析，发现其晶化过程分为两个阶段进行，第一阶段是非晶基体中析出化合物Mg6Ni相和Ni7Y2相，第二阶段发生共析反应，由fcc-Mg6Ni转化为六方系晶体结构Mg2Ni和α-Mg晶态相，同时在剩余玻璃基体中析出C36型Laves相MgNi2;另外在退火过程中非晶合金的显微硬度发生了变化，分析表明，这是退火过程中自由体积的变化和纳米晶相弥散析出与长大共同作用的结果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1.1 非晶合金的发展历程

1.2 非晶合金的理论基础

1.2.1 非晶合金的结构特征

1.2.2 非晶合金的形成机制

1.3 非晶形成能力的评判方法

1.4 非晶合金的制备工艺

1.5 非晶合金的性能及应用

1.5.1 力学性能及应用

1.5.2 磁学性能及应用

1.5.3 化学性能及应用

1.5.4 其他性能及应用

1.6 镁基非晶合金及其复合材料简介

1.6.1 镁基非晶合金的研究进展

1.6.2 镁基非晶合金复合材料的研究进展

1.7 选题意义及主要研究内容

1.7.1 选题意义

1.7.2 主要研究内容

第二章 试验方案设计与研究方法

2.1 试验方案的设计依据与工艺流程

2.1.1 试验方案的设计依据

2.1.2 工艺流程

2.2 试验原料及试验过程

2.2.1 试验主要原料

2.2.2 试验过程

2.3 样品表征与测试

2.3.1 X射线衍射(XRD)分析

2.3.2 差热(DTA)分析

2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析

2.3.4 显微硬度测试

2.3.5 电化学测试

第三章 Y对Mg-Ni合金玻璃形成能力及性能的影响

3.1 Y对Mg-Ni基非晶合金玻璃形成能力的影响

3.1.1 XRD数据分析

3.1.2 DTA数据分析

3.2 Mg86.33Ni13.67-xYx非晶合金的晶化行为研究

3.3 Y对Mg-Ni非晶合金显微硬度的影响

3.4 Y对Mg-Ni非晶合金耐腐蚀性能的影响

3.5 本章小结

第四章 Ce、Nd对Mg-Ni合金玻璃形成能力及性能的影响

4.1 Mg-Ni-Y三元合金成分的探索

4.1.1 XRD数据分析

4.1.2 DTA数据分析

4.2 Ce、Nd对Mg-Ni合金玻璃形成能力的影响

4.2.1 XRD数据分析

4.2.2 DTA数据分析

4.3 Ce、Nd对Mg-Ni非晶合金抗腐蚀性能的影响

4.4 本章小结

第五章 Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金的结构弛豫、晶化行为及其性能

5.1 Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金的结构弛豫

5.2 Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金的晶化行为

5.2.1 Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金的晶化行为研究

5.2.2 退火对Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金显微硬度的影响

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

一、在校期间发表的学术论文

二、在校期间参加的项目

三、在校期间获奖情况