Cu-Zr-Ti基塊體非晶合金的合成及晶化行為的研究.pdf

1、Cu基非晶合金，特別是Cu—Zr—Ti體系因其強度高、硬度高、塑性好而成為極具應(yīng)用前景的非晶合金材料，并引起眾多研究者的注目。本文在Cu—Zr—Ti體系中加入少量其他元素，以感應(yīng)加熱銅模冷卻的方法制備得到塊體非晶合金，并對所制備合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性進行了分析，找到一系列具有較大尺寸、較好熱力學(xué)穩(wěn)定性、有應(yīng)用前景的Cu基非晶合金。 本文通過二元共晶比例法設(shè)計Cu—Zr—Ti系列合金成分，用銅模噴鑄法制備出一系列三元體系塊體非晶合金：

2、Cu44Zr18 Ti38、Cu43.5Zr9Ti47.5、Cu44.5Zr27Ti28.5、Cu45Zr36Ti19、Cu45 Zr45.5 Ti9.5。隨著元素原子百分含量的變化，合金的非晶形成能力變化顯著。X射線衍射圖表明：Cu44Zr18Ti38、Cu43.5Zr9Ti47.5、Cu44.5Zr27Ti28.5、Cu45Zr36Ti19制得的直徑為5mm的棒狀合金為非晶態(tài)，而Cu45 Zr45.5 Ti9.5成分的非晶最大直徑為

3、3mm。對Cu—Zr—Ti系列合金進行的DSC分析結(jié)果表明，Cu45 Zr36 Ti19的主要熱力學(xué)參數(shù)為Tg=377.8℃、Tx=418.3℃、ΔTx=40.5℃、γ=0.367，說明合金具有相對較好的非晶形成能力。而本試驗中制備出的Cu45Zr45.5Ti9.5，直徑為3mm說明此合金成分的非晶形成能力相對較弱。 在三元Cu45 Zr45.5Ti9.5合金中加入少量金屬元素Al和Sn，用銅模噴鑄的方法成功制備出了一系列四元

4、非晶合金—Cu45Zr45.5-xTi9.5Alx、Cu45Zr45.5-xTi9.5Snx[x(at％)=2、4、6]。X射線衍射分析表明Sn和Al元素加入后XRD譜線上只有一個漫散射峰，說明制備出的直徑為5mm的棒狀合金為非晶態(tài)，提高了Cu—Zr—Ti三元合金體系的非晶形成能力。 DSC結(jié)果表明：Cu45Zr39.5Ti9.5Al6體系過冷液體溫度區(qū)間為61.4℃，說明此合金具有較好的熱穩(wěn)定性，在加熱過程中抵抗晶化的能力較強。γ值為

5、0.391，表明此合金具有較強的非晶形成能力。隨著Al原子百分含量的增多，合金的非晶形成能力逐漸增強；Cu45Zr39.5Ti9.5Sn4體系過冷液體溫度區(qū)間為56.5℃，γ值為0.394，明顯高于Cu45Zr45.5Ti9.5的相應(yīng)值。但與Al對Cu—Zr—Ti合金非晶形成能力影響趨勢不同的是，隨著Sn原子百分含量的增多，合金的非晶形成能力先增強后變?nèi)酢?采用DSC分析對Cu45 Zr39.5 Ti9.5Al6、Cu45Zr

6、41.5Ti9.5Sn4塊體非晶合金在連續(xù)加熱條件下的非等溫晶化過程進行了研究，設(shè)定升溫速率分別為10、15、20、25℃/min。隨DSC升溫速率的增大，非晶的特征溫度不斷向高溫區(qū)偏移，其中晶化行為的動力學(xué)效應(yīng)比其玻璃轉(zhuǎn)變的動力學(xué)效應(yīng)更為顯著。由Kissinger和Ozawa方程獲得的塊體非晶合金晶化激活能(Ex)以及晶化峰值激活能(Epi)，與已見報道的Cu—Zr—Ti體系進行比較，說明Al和Sn的添加增大了第一晶化相所需克服的勢壘

7、，增加了形成晶化相的難度，在溫度變化時有利于保持非晶態(tài)，在加熱過程中抵抗晶化的能力較強。 采用X射線衍射分析對Cu45 Zr39.5 Ti9.5Al6、Cu45Zr41.5Ti9.5Sn4塊體非晶合金在連續(xù)加熱條件下的晶化過程進行了研究，并對在不同加熱速率下發(fā)生晶化的試樣進行XRD和SEM分析，經(jīng)標(biāo)定在以10、15、20、25℃/min的非等溫晶化處理后Cu45Zr39.5Ti9.5Al6中析出的相主要是Cu8Zr3、Cu10