轧制对ZrAlNiCuAg块体非晶合金微观结构的影响

摘要

近来,人们发现塑性变形也能够诱导非晶合金发生晶化,如球磨、折弯及纳米压痕等,并且有望成为制备新型非晶基复合材料的有效手段之一。因此,人们对非晶合金在塑性变形条件下的微观结构变化具有很大兴趣。这方面的研究工作有助于揭示塑性变形诱导非晶合金晶化的微观机制,具有重要的学术价值,这就涉及到非晶合金的机械稳定性问题。另外,非晶合金在工程应用中,不可避免地将发生塑性变形,其产生的结构变化会对材料的各种性能产生明显的影响。因此,了解塑性变形诱导非晶合金晶化的微观机制具有重要的科学意义和工程应用价值。 本文通过铜模吸铸法制备得到非晶合金,然后切割成一定尺寸的非晶试样在双辊轧机上进行轧制,轧制过程中控制试样的应变速率在10-4～10-5/s,获得最高轧制变形量为95％。通过X射线衍射观察非晶合金试样和轧制后试样的微观组织变化,通过差示扫描量热法(DSC)就轧制以后试样微观结构变化对晶化过程中I-相析出的影响进行了系统的研究。通过扫描电镜分析(SEM)、透射电镜分析(TEM)观察了轧制后试样微观结构的变化,并且对轧制后试样的力学性能进行了测试分析。通过上述研究工作,得出如下主要结论： 块体非晶合金材料的塑性变形是通过高度局域剪切变形来实现的,非晶合金在塑性变形后将产生高度局域分布的剪切带,随着剪切带的扩散,剪切带内的合金原子扩散能力明显提高,剪切带附近的原子排布发生了变化,出现大量的结构类似于二十面体准晶相的短程有序区。轧制变形以后非晶合金表面硬度降低,线性扫描的DSC曲线中结构弛豫所释放的能量Er提高,自由体积含量升高。 轧制塑性变形后,非晶合金的热稳定性降低；非晶合金在加热过程中析出的I-相的数量增加；I-相的热稳定性提高。这是由于非晶合金在轧制塑性变形过程中形成了更多的有利于I-相形核与长大的原子团簇,导致I-相的形核与长大激活能减小。结果非晶合金的热稳定性减小,析出的I-相的数量增多。二十面体结构不利于具有平移对称性的晶体相的形成,这是I-相热稳定性提高的原因。对轧制过程中Zr-Al-Ni-Cu-Ag非晶合金晶化动力学进行了分析,认为轧制过程中表面剪切带附近出现的局部有序区是塑性/粘性流变的结果,初步分析了轧制过程中的结构变化模型,并且对块体非晶合金的形核和长大进行了深入的分析,认为轧制过程中发生了原子的扩散和原子团簇的塑性流动,能谱分析(EDS)结果证实该结论。

目录

文摘

英文文摘

承诺书

绪论

第一章文献综述

1.1非晶合金的形成

1.1.1非晶合金的定义

1.1.2非晶合金形成原理和影响因素

1.2大块非晶合金

1.2.1大块非晶合金的定义

1.2.2大块非晶合金的制备方法

1.2.3大块非晶合金玻璃形成能力的表征

1.2.4大块非晶合金的应用

1.3非晶合金的微观结构

1.3.1引言

1.3.2非晶合金微观结构的理论模型

1.4非晶合金的稳定性

1.5非晶合金的塑性变形和晶化

1.5.1非晶合金的塑性变形模式

1.5.2非晶合金的晶化

1.5.3塑性变形和晶化之间的联系

1.6本文的主要研究内容及意义

1.6.1本文的主要研究内容

1.6.2本文研究的意义

第二章实验方法

2.1合金成分的选择

2.2合金铸锭的制备

2.3非晶试样的制备

2.4非晶试样的轧制过程

2.5轧制后试样的力学性能分析

2.6非晶合金微观结构的分析

2.6.1 X-射线衍射分析(XRD)

2.6.2扫描电镜分析(SEM)

2.6.3透射电镜分析(TEM)

2.6.4差示扫描量热法分析(DSC)

第三章轧制对Zr-Al-Ni-Cu-Ag块体非晶合金微观结构和力学性能的影响

3.1非晶合金轧制过程中的微观变形行为

3.2非晶合金轧制过程中的微观结构变化

3.3非晶合金轧制后的力学性能变化

3.4本章小结

第四章轧制塑性变形对Zr-Al-Ni-Cu-Ag块体非晶合金中析出二十面体准晶相的影响

4.1关于I-相的研究

4.2 I-相形成的条件

4.3轧制变形对合金析出I-相的影响

4.3.1实验结果

4.3.2实验结果分析

4.3.3本章小结

第五章Zr-Al-Ni-Cu-Ag块体非晶合金晶化的动力学分析

5.1塑性变形导致局部纳米晶核出现的动力源分析

5.2 Zr-Al-Ni-Cu-Ag非晶合金的结构变化模型和晶核的形核长大机制

5.2.1二十面体团簇结构模型

5.2.2自由体积模型

5.2.3形核和长大机制

5.3本章小结

研究中存在的问题与展望

1结构变化模型包括二十面体团簇结构模型和自由体积模型有待完善

2高应变速率与低应变速率的不同

3 I-相的结构进行分析

4剪切转变区(STZ)的研究

5块体非晶合金的应用

主要结论和创新点

1主要结论

2主要创新点

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢