鎂基非晶態(tài)合金的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、鎂是現(xiàn)代工業(yè)重要的金屬材料，大塊非晶態(tài)合金又是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能的新型材料，制備和研究鎂基大塊非晶態(tài)合金是物理和材料研究者的共同熱點(diǎn)，也具有很好的應(yīng)用前景。 采用機(jī)械合金化法研究了球磨時(shí)間、轉(zhuǎn)速、球料比和過程控制劑等工藝參數(shù)對(duì)Mg-Cu二元合金相圖上的五個(gè)主要成分配方的球磨過程的影響。發(fā)現(xiàn)化合物成分易于形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，球磨時(shí)間、轉(zhuǎn)速和球料比對(duì)合金轉(zhuǎn)變過程有著重要影響，過程控制劑的使用對(duì)球磨過程也有一定的影響。隨著球磨時(shí)間的增

2、加，MgCu合金粉末在球磨過程中首先發(fā)生粉末顆粒度的逐步細(xì)化，然后Mg顆粒逐步擴(kuò)散、固溶入Cu顆粒中，并形成Mg在Cu中的過飽和固溶體，當(dāng)固溶體的變形能量積聚到很大時(shí)，會(huì)發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，最終形成Mg和Cu分布均勻的非晶態(tài)合金粉末。 采用真空甩帶法制備了MgCuY非晶態(tài)合金薄帶，DSC測(cè)試確定了表示非晶形成能力的T<,g>、T<,x>、T<,l>、T<,rg>和△T<,x>等溫度參數(shù)，同時(shí)提出了用晶化放熱值和熔化吸熱值的比值(

3、稱作約化玻璃轉(zhuǎn)變焓)這一新參數(shù)來表示非晶形成能力，新參數(shù)與其它參數(shù)可以相互驗(yàn)證，配合使用。在確定溫度參數(shù)時(shí)，提出了微商極值法處理DSC曲線數(shù)據(jù)，確定特征溫度的方法。在確定晶化起始溫度時(shí)，采用向下的縱坐標(biāo)表示放熱的DSC圖：在確定玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，采用向上的縱坐標(biāo)表示放熱的DSC圖，對(duì)轉(zhuǎn)變局域的曲線微商，n次微商曲線上的極小值溫度比n-1次微商曲線上的極小值溫度更低，更接近玻璃轉(zhuǎn)變起始溫度。采用2次微商曲線上的極小值表示特征溫度就有很好的精

4、度，該微商極值法對(duì)同一組數(shù)據(jù)求解的特征溫度完全一致，存在很好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。該方法也較好地解決了國際熱分析聯(lián)合會(huì)推薦的切線法在求解DSC曲線上的溫度參數(shù)時(shí)精度較差的問題。 設(shè)計(jì)制造了新的薄帶脆性測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置測(cè)量準(zhǔn)確，較好地解決了薄帶脆性測(cè)量重復(fù)性差的問題。根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，數(shù)學(xué)解析求解得到薄帶的溫度場(chǎng)和薄帶自由面的冷卻速度方程式。發(fā)現(xiàn)薄帶自由面的凝固結(jié)束瞬間的冷卻速度與薄帶厚度的平方根成反比。根據(jù)該方程式計(jì)算得到的50μ

5、m厚鎂基非晶薄帶的自由側(cè)在凝固結(jié)束時(shí)的冷卻速度為5.84×10<'6>K/s，與文獻(xiàn)報(bào)道的冷卻速度(10<'6>K/s)相當(dāng)。 研究了添加Al、Ni、La、Tb和Gd等第四組元對(duì)MgCuY三元非晶態(tài)合金非晶形成能力的影響，并制備了相應(yīng)的四元大塊非晶態(tài)合金。用Al部分替代Mg對(duì)合金的玻璃形成能力影響較大，雖然可以形成非晶，但其玻璃形成能力降低。當(dāng)少量的Ni部分替代Cu時(shí)，擴(kuò)大了過冷液相區(qū)的寬度(當(dāng)x=1時(shí)，△T<,x>的寬度可達(dá)4

6、3.30K)。當(dāng)用較多的Ni部分替代Cu時(shí)，提高了非晶形成能力(當(dāng)x=3時(shí)，T<,rg>可達(dá)0.5892)。用Ni部分替代Cu，提高了合金的玻璃形成能力，但是降低了合金的熱穩(wěn)定性。La部分替代Y對(duì)合金的玻璃形成能力和熱穩(wěn)定性影響較大。當(dāng)1％、2％的La部分替代Y時(shí)，降低了其熱穩(wěn)定性，提高了其玻璃形成能力。當(dāng)3％、4％的La部分替代Y時(shí)，此時(shí)La的加入超過了合金所能承受的最低限度，合金從而失去熱穩(wěn)定性，玻璃形成能力降低，并出現(xiàn)晶體相。隨著

7、合金元素Tb含量的增加，Mg<,65>Cu<,25>Y10-x>Tb<,x>(x=0，2，4，6，8，10)塊體非晶態(tài)合金的玻璃形成能力逐漸增強(qiáng)，當(dāng)x=8時(shí)，合金的玻璃形成能力最強(qiáng)，隨后當(dāng)x=10時(shí)，有所下降。Gd含量的增加有助于增加Mg<,65>Cu<,25>Y<,10-x>Gd<,x>(x=0，4，10)塊體非晶態(tài)合金的玻璃形成能力。研究了非晶態(tài)合金Mg<,65>Cu<,15>Ag<,10>Y<,10>和Mg<,65>Cu<,22>

8、Ni<,3>Y<,10>的晶化過程，其晶化過程存在顯著的動(dòng)力學(xué)特征，等溫加熱時(shí)，隨著保溫溫度的增加，孕育時(shí)間縮短，同時(shí)熱流量增加；連續(xù)加熱時(shí)，隨著加熱速度的提高，所有特征溫度移向高溫端，并且熱流量顯著增加。非晶態(tài)合金Mg<,65>Cu<,15>Ag<,10>Y<,10>的等溫晶化激活能是192.92 KJ/mol；非等溫晶化用Kissinger方程、OzaWa方程和FWO方程確定的激活能分別是186.12，184.40和180.86 K

9、J/mol(加熱速度是5，10，15和20K/min)以及107.52，109.95和110.15 KJ/mol(加熱速度是20，40，60和80 K/min)。非晶態(tài)合金Mg<,65>Cu<,22>Ni<,3>Y<,10>的等溫晶化激活‘能是218.97 KJ/mol；非等溫晶化用Kissinger方程、OzaWa方程和FWO方程確定的激活能分別是117.48，125.47和114.29 KJ/mol。非晶態(tài)合金Mg<,65>Cu<,

10、15>Ag<,10>Y<,10>和Mg<,65>Cu<,22>Ni<,3>Y<,10>的等溫晶化過程的Avrami晶化指數(shù)n均位于1.5～2.5區(qū)間內(nèi)，說明晶化過程屬于擴(kuò)散控制的晶核生長過程。 在深入理解非晶態(tài)合金理論的基礎(chǔ)上，本文最后提出了表示非晶態(tài)合金配方的混亂度的新參數(shù)——相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，其物理意義清楚，和表示非晶形成能力的臨界冷卻速度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)合金組元的選擇有一定的指導(dǎo)作用，理論計(jì)算的二元合金體系組元的成分含量對(duì)現(xiàn)