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Zr65Cu27.5Al7.5块体非晶合金的晶化及结晶动力学特性研究

2020-12-03阅读(609)

Zr65Cu27.5Al7.5块体非晶合金的晶化及结晶动力学特性研究

论文摘要

采用不同纯度的锆原料,利用熔体旋纺法制备了不同含氧量的非晶带。基于通过DSC测定所构建的时间—温度—转变图（TTT图）,比较了含氧为0.68 at %、以氧致I相作为先析相的Zr65Cu27.5Al7.5玻璃合金与含氧为0.06 at %、无氧致I相析出的Zr65Cu27.5Al7.5玻璃合金的等温热稳定性;通过XRD分析及TEM观察验证了所构建TTT图反映的合金热稳定性变化趋势。如果允许对应于氧致I相的先晶化过程发生、并将对应于稳态b.c.t.-Zr2Cu相的主晶化过程作为热稳定性的评判标准,可以发现在相当宽的过冷温度范围内,高氧含量的合金具有更长的晶化开始时间;讨论了Zr65Cu27.5Al7.5玻璃合金中氧致I相及稳态b.c.t.-Zr2Cu相的晶化动力学特性。在高氧含量的合金中,氧致I相析出的控制因素为氧的扩散过程,该过程对温度非常敏感。在Zr65Cu27.5Al7.5玻璃合金中虽然氧促进I相的析出,但同时阻止b.c.t.-Zr2Cu相的形成;预测了制备具有氧致I相的Zr65Cu27.5Al7.5玻璃合金基复合材料的可能性。利用电弧炉熔炼铜模铸造法,在不同的熔炼气氛压力下,制备了一系列含氧量0.68 at %的Zr65Cu27.5Al7.5合金块体试样和含氧量0.06 at %的Zr65Cu27.5Al7.5合金块体试样;研究了不同铸造气氛压力对该两种合金玻璃形成能力及力学性能的影响。结果表明:对于氧致I相作为先析相的Zr65Cu27.5Al7.5合金,增加气氛压力可显著提高合金的玻璃形成能力,改善其力学性能。铸造过程中氧致I相析出的“压力抑制效应”为提高氧含量较高的锆基非晶合金的玻璃形成能力提供了新途径。对于无氧致I相析出的低含氧量的Zr65Cu27.5Al7.5合金,它的玻璃形成能力对熔炼气氛压力在KPa数量级上的变化表现出敏感的响应:较低或较高的压力均会使合金的玻璃形成能力降低。合金玻璃形成能力随熔炼气氛压力变化的微观机理与其凝固先析相的结构有关。在较低的熔炼气氛压力下、超细纳米尺寸f.c.c.- Zr2Cu相的析出可使合金具有良好的塑性变形能力。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 锆基块体非晶合金
  • 1.2 锆基块体非晶合金的应用潜力及存在问题
  • 1.2.1 锆基块体非晶合金的性能特点及作为结构材料的应用潜力
  • 1.2.2 锆基块体非晶合金的“氧污染”问题
  • 1.2.3 非晶合金的变形机制及锆基块体非晶合金的脆性问题
  • 1.2.4 锆基块体非晶合金的成型问题
  • 1.3 改善锆基块体非晶合金塑性变形能力的途径
  • 1.3.1 “外生”锆基块体非晶基复合材料
  • 1.3.2 “内生”锆基块体非晶基复合材料
  • 1.3.3 具有良好塑性的非晶合金最新研究结果
  • 1.4 本文的研究目标、内容及意义
  • 第二章 实验方法
  • 65Cu27.5Al7.5合金非晶试样的制备'>2.1 Zr65Cu27.5Al7.5合金非晶试样的制备
  • 2.1.1 合金成分及实验用原材料
  • 2.1.2 高真空电弧炉熔炼制备母合金
  • 2.1.3 熔体旋纺法制备非晶带
  • 2.1.4 铜模吸铸法制备柱状块体非晶
  • 2.1.5 试样含氧量的测定
  • 2.2 合金组织的分析方法
  • 2.2.1 XRD 分析
  • 2.2.2 TEM 及HRTEM 分析
  • 2.3 合金晶化特性的DSC 分析方法
  • 2.3.1 连续加热DSC 分析
  • 2.3.2 等温加热DSC 分析
  • 2.4 晶化组织演变的研究方法
  • 2.4.1 连续加热晶化
  • 2.4.2 等温加热晶化
  • 2.5 力学性能测试
  • 65Cu27.5Al7.5合金中氧致I 相及稳态B.C.T.-Zr2Cu 相的晶化动力学特性'>第三章 Zr65Cu27.5Al7.5合金中氧致I 相及稳态B.C.T.-Zr2Cu 相的晶化动力学特性
  • 3.1 TTT 图的建立
  • 3.1.1 不同含氧量合金的原始状态
  • 3.1.2 两种不同含氧量合金在不同等温温度下的DSC 特性
  • 3.1.3 等温激活能的确立及TTT 图的建立
  • 3.1.4 XRD 验证TTT 图
  • 65Cu27.5Al7.5 玻璃合金中氧致I 相的作用机理及可能用途'>3.2 Zr65Cu27.5Al7.5 玻璃合金中氧致I 相的作用机理及可能用途
  • 65Cu27.5Al7.5 玻璃合金中氧致I 相析出的控制因素'>3.2.1 Zr65Cu27.5Al7.5 玻璃合金中氧致I 相析出的控制因素
  • 65Cu27.5Al7.5玻璃合金中氧对b.c.t.-Zr2Cu 相析出的阻碍作用'>3.2.2 Zr65Cu27.5Al7.5玻璃合金中氧对b.c.t.-Zr2Cu 相析出的阻碍作用
  • 65Cu27.5Al7.5 玻璃合金中氧致I 相可能的利用'>3.2.3 Zr65Cu27.5Al7.5 玻璃合金中氧致I 相可能的利用
  • 3.3 本章小结
  • 65Cu27.5Al7.5合金结晶过程中氧致I 相析出的压力抑制效应'>第四章 Zr65Cu27.5Al7.5合金结晶过程中氧致I 相析出的压力抑制效应
  • 4.1 熔炼气氛压力对UH 合金玻璃形成能力的影响
  • 4.2 合金的力学性能
  • 4.3 分析及讨论
  • 4.3.1 氧致I 相析出的“压力抑制效应”
  • 4.3.2 合金力学性能的“尺寸效应”
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 压力对低氧含量NL 非晶合金结晶先析相及力学性能的影响
  • 5.1 熔炼气氛压力对NL 合金玻璃形成能力的影响
  • 5.1.1 NL 合金的晶化先析相结构
  • 5.1.2 熔炼气氛压力对合金玻璃形成能力的影响
  • 5.1.3 熔炼气氛压力对合金凝固先析相结构的影响
  • 5.1.4 熔炼气氛压力对合金力学性能的影响
  • 5.2 分析及讨论
  • 5.2.1 不同结构先析相的结晶动力学与熔炼气氛压力的关系
  • 5.2.2 显微组织与NL 合金塑性的关系
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表的论文
  • 致谢

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