铁基大块金属玻璃的开发与性能表征

摘要

近几十年来众多科研工作者对金属玻璃进行了广泛而深入的研究。金属玻璃特殊的微结构使其具有许多普通晶态材料所不具备的优良的力学、化学及物理性能，使之在机械、通讯、航空航天、汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上都具有广泛的应用潜力。然而，大多数非晶态合金体系的玻璃形成能力(GFA)极为有限。
　　 本文主要的工作为利用微合金化方法开发了Fe-Co-Nb-B、Fe-Mo-P-Si-B合金体系及利用B2O3助熔方法得到Fe-Co-Si-B-Nb金属玻璃体系。文中主要采用了差热分析技术(DSC)、X射线衍射(XRD)等研究手段，系统研究了Fe-Co-Nb-B、Fe-Mo-P-Si-B及Fe-Co—Si-B-Nb金属玻璃体系的热稳定性与玻璃转变的部分热力学问题，对促进该体系的金属玻璃的工业应用有一定作用。
　　 本文开发了临界尺寸为2.5 mm的Fe56.04Cox3.45Nb5.5B25四元合金体系。该合金的断裂强度高达4.5GPa并且有约0.6％的压缩塑性。这是迄今为止断裂强度最高的四元Fe基金属玻璃。通过进一步的压缩实验、电化学实验证明，该合金同时具有优秀的力学性能与耐腐蚀性能。
　　 本文同时先通过优化Fe-Si-P-B四元金属玻璃体系，找到形成能力在2.5 mm的Fe76SigP7.8B7.2合金成分，在此基础上，通过Mo的加入，优化五元Fe-Si-P-B-Mo金属玻璃体系，找到了非晶形成能力为4 mm的(Fe76Si9P7.8B7.2)97Mo3合金成分。通过进一步的热力学及磁学性能表征，证明该合金成分同时具有高的形成能力及好的软磁性能。
　　 自行研制了新型包覆熔炼设备，该设备的成功研制实现了高熔点或小体积的合金的包覆提纯。该设备同时还具有熔炼合金和水淬功能。利用自行设计搭建的B2O3助熔方法对多个非晶体系进行提纯除杂熔炼，成功的将[(Fe0.5Co0.5)0.75Si0.05B0.2]96Nb4合金的临界尺寸从采用吸铸工艺可以达到4.5 mm，提高到了目前可以达到9 mm的水平。经过除杂提纯工艺后，该合金的玻璃转变温度为Tg为807 K，过冷液相区ΔTx为36 K。具有高的热稳定性。

目录

文摘

英文文摘

声明

本论文工作的主要创新点

致谢

第一章 绪论

1.1金属玻璃中的非晶态物理

1.1.1金属玻璃中的玻璃转变过程

1.1.2自由体积理论

1.2 金属玻璃的发展历程和应用

1.2.1金属玻璃的发展历程

1.2.2金属玻璃性能和应用

1.3评价金属玻璃玻璃形成能力的物理参数

1.3.1金属玻璃的临界冷却速度Rc

1.3.2金属玻璃的约化玻璃转变温度Trg

1.3.3金属玻璃体系的过冷液相区(ΔTx)大小

1.3.4金属玻璃的γ因子

1.4常见的金属玻璃制备工艺

1.4.1氩气保护电弧熔炼工艺

1.4.2铜模吸铸法

1.4.3喷铸甩带法

1.4.4吹铸法

1.4.5水淬法

1.5金属玻璃结构的几种模型

1.5.1微晶模型

1.5.2连续随机网状模型

1.5.3硬球随机密堆模型

1.5.4自由体积模型

1.6金属玻璃微结构和热性能分析方法和手段

1.6.1 X光衍射(XRD)

1.6.2差热扫描分析(DSC)

1.6.3扫描电子显微镜(SEM)

1.6.4扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)

1.7铁基大块金属玻璃的发展及性能

1.8铁基金属玻璃的应用

1.8.1铁基金属玻璃在软磁材料上的应用

1.8.2铁基金属玻璃在结构材料上的应用

1.8.3铁基金属玻璃在耐腐蚀材料上的应用

1.9本论文的立题依据和主要内容

第二章Fe-Co-Nb-B四元块体金属玻璃的制备及性能

2.1实验过程

2.2结果与讨论

2.2.1 Fe-C-Nb-B最佳成分点的确定

2.2.2 Fe-Co-Nb-B的热力学性能

2.2.3 Fe-Co-Nb-B的力学性能

2.2.4 Fe-Co-Nb-B的耐腐蚀性能

2.3结论

第三章Fe-Si-B-P四元及Fe-Si-B-P-Mo五元大块金属玻璃的制备及性能

3.1实验过程

3.2结果与讨论

3.2.1 Fe-Si-P-B体系中具有最佳非晶形成能力的合金成分的选择

3.2.2 Mo元素的添加对Fe-Si-P-B体系玻璃形成能力和性能的影响

3.2.3分析与讨论

3.3结论

第四章B203包覆熔炼对铁基金属玻璃形成能力的影响

4.1研究背景

4.2实验过程

4.3结果与分析

4.4实验结论

第五章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文