机械合金化制备大块铝基非晶合金组织及性能的研究

摘要

由于Al基非晶合金具有较高的比强度(抗拉强度可达1560MPa)和韧性(薄带可反复弯曲180°)，被认为是一种应用前景广阔的工程结构材料，已成为众多学科领域的研究热点。然而，Al的化学性质活泼，Al基非晶合金的形成能力较差，目前，主要得到的是薄带和粉末非晶态样品，还无法满足实际工程的需要。本文采用机械合金化法制备出了具有一定非晶形成能力及热稳定性的非晶粉末，通过XRD、TEM、SEM和DSC等测试手段系统研究了非晶态合金粉末的微观组织演化规律和非晶形成机制，分析了非晶粉末的热稳定性与晶化过程。采用放电等离子烧结制备出块体Al基非晶，并对其力学性能进行了测定。
　　Al75Fe12.5V12.5合金粉末球磨70h后，可得到颗粒尺寸约为23nm的完全非晶合金粉末。颗粒尺寸随球磨时间的增加而减小，球磨70h时趋于稳定；点阵应变随球磨时间的增加而增大，球磨70h时增至0.67%。非晶合金的演化过程可表示为：元素粉末→Al固溶体+金属间化合物(Al45V7，Al5Fe2)→非晶相，其非晶的形成机制为多层膜固相扩散反应。由DSC曲线发现，非晶粉末在加热晶化过程中出现单一的晶化放热峰，随升温速率β增加，玻璃转变温度Tg、晶化初始温度Tx和晶化峰值温度Tp均向高温移动，过冷液相区△Tx逐渐缩小。试样过冷液相区宽度为34K，晶化激活能为256.6kJ/mol。
　　由于试样的压痕尺寸效应和微开裂，显微维氏硬度随载荷的增大而减小，当载荷为200g时显微维氏硬度值发生突变，随后变化趋于缓和，压痕裂纹以散射形式扩展。以100g作为块体非晶合金的最佳载荷，对应的硬度为176HV。以商业6061 Al粉为基体，加入不同含量的非晶增强相，采用放电等离子烧结制备出非晶增强铝基复合材料。其密度和显微维氏硬度值均随非晶含量的增加而增大。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究的目的及其意义

1.2 非晶合金发展概述

1.3 非晶态合金的特性

1.3.1 非晶合金的结构模型

1.3.2 短程有序与长程无序

1.3.3 力学性能

1.3.4 耐蚀性能

1.3.5 软磁性能

1.3.6 电性能

1.4 非晶态合金的形成条件与制备工艺

1.4.1 非晶态合金的形成条件

1.4.2 非晶态合金的制备工艺

1.5 Al基非晶合金的发展与制备

1.5.1 Al基非晶合金发展概述

1.5.2 MA法制备Al基非晶合金

1.6 大块非晶态合金的应用前景

1.7 课题研究的主要内容

第二章 实验方法及原理设计

2.1 合金成分的选择与设计

2.2 非晶合金的制备

2.2.1 非晶粉末的制备

2.2.2 球磨参数

2.2.3 块体非晶合金的制备

2.3 样品的结构与特性表征

2.3.1 透射电子显微镜(TEM)

2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)

2.3.3 X射线衍射仪(XRD)

2.3.4 差式扫描量热分析(DSC)

2.3.5 显微组织与显微硬度分析

2.3.6 SPS原理及工艺参数选择

2.4 晶化激活能计算方法

第三章 机械合金化制备铝基非晶合金粉末及其演化规律

3.1 引言

3.2 实验方法与表征手段

3.3 实验结果与分析

3.3.1 Al80Fe20合金球磨粉末的物相分析

3.3.2 Al76Fe20Zr4合金球磨粉末的物相分析

3.3.3 Al75Fe12.5V12.5合金球磨粉末的物相分析

3.3.4 Al75Fe12.5V12.5合金球磨粉末形貌的演变

3.3.5 Al75Fe12.2V12.5合金球磨粉末晶粒度与点阵应变的演变

第四章 Al-Fe-V非晶粉末的热稳定性及其非晶块体的物性

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 结果分析

4.3.1 非晶合金粉末的热稳定性分析

4.3.2 块体非晶合金的宏观形貌与物相分析

4.3.3 块体非晶合金的显微硬度

4.3.4 非晶增强铝基复合材料的物性分析

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

论文发表情况