原位顆粒-枝晶塊體非晶復(fù)合材料制備及其性能研究.pdf

1、Zr基非晶合金,特別是Zr-Al-Ni,由于其具有較高的非晶形成能力,以及較高的強(qiáng)度、硬度,因而成為材料工作者所關(guān)注的非晶體系。同時(shí)也誕生了很多該體系的復(fù)合材料,顆粒增強(qiáng)鋯基非晶復(fù)合材料就是其中之一。本文在Zr-Al-Ni體系中添加少量的原位TiC陶瓷顆粒,通過氬氣保護(hù)電弧爐熔煉吸鑄法制備出含有少量晶化相的顆粒-枝晶增強(qiáng)塊體非晶復(fù)合材料,并通過DTA對(duì)不同顆粒含量的體系進(jìn)行熱穩(wěn)定分析,研究不同顆粒含量對(duì)體系熱穩(wěn)定性的影響。
　　

2、 本文通過氬氣保護(hù)電弧爐熔煉吸鑄法制備了TiC陶瓷顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％、0.7％、1.3％、1.7％、2.0％及2.3％的Zr53Al23Ni24基非晶復(fù)合材料以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3％的Cu23.1Zr60.5Al16.4基非晶復(fù)合材料。通過SEM及XRD分析,可以了解到:隨著顆粒含量的增多,體系中出現(xiàn)了少量的晶化相,而在顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3％時(shí),基體中出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)完整,分布均勻的枝晶,且通過XRD結(jié)合相圖分析認(rèn)定為AlZr2與AlZr3

3、。而在顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.7％時(shí),基體中開始出現(xiàn)均勻分布的微米級(jí)晶粒。通過DTA對(duì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3％及不含顆粒的Zr-Al-Ni體系非等溫晶化研究表明:含顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3wt％的非晶復(fù)合材料試樣與不含顆粒的試樣的晶化激活能可以發(fā)現(xiàn)含顆粒的非晶體系的激活能在玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、晶化開始溫度(Tx)和晶化峰溫度(Tpi)都有一定的提高,這說明顆粒的加入在對(duì)于整個(gè)非晶的晶化過程來說,都阻礙了其進(jìn)一步的晶化,所以顆粒在提高穩(wěn)定性方面起到

4、了積極的作用。當(dāng)加熱速率為30℃/min時(shí),Tg=499.7℃,Tx=548.4℃,寬度為48.7℃過冷液相區(qū),說明其在加熱過程中有較強(qiáng)的晶化抵抗能力。同時(shí)對(duì)Zr53Al23Ni24體系特征溫度進(jìn)行了研究,了解到隨升溫速率變大而升高,說明Zr53Al23Ni24塊體非晶復(fù)合材料的玻璃轉(zhuǎn)變行為與升溫速率有關(guān),表現(xiàn)為一定的晶化動(dòng)力學(xué)行為。對(duì)比含顆粒為1.3wt％的非晶復(fù)合材料試樣與不含顆粒的試樣的晶化激活能可以發(fā)現(xiàn)含顆粒的非晶體系的激活能在

5、玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、晶化開始溫度(Tx)和晶化峰溫度(Tpi)都有一定的提高,這說明顆粒的加入在對(duì)于整個(gè)非晶的晶化過程來說,阻礙了其進(jìn)一步的晶化,所以顆粒在提高穩(wěn)定性方面起到了積極的作用。對(duì)比Zr53Al23Ni24和Cu23.1Zr60.5Al16.4基非晶復(fù)合材料在顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.3％時(shí)的結(jié)構(gòu),可以得出顆粒在非晶基體中的熱應(yīng)力對(duì)非晶的DTA曲線因枝晶的存在有明顯的不同,在枝晶存在時(shí)顆粒的熱效應(yīng)因枝晶的存在而對(duì)DTA曲線趨勢(shì)影響不大

6、,而在Cu23.1Zr60.5Al16.4中沒有枝晶的存在,熱應(yīng)力得以充分發(fā)揮對(duì)DTA曲線趨勢(shì)有顯著的影響。利用萬能力學(xué)測(cè)試機(jī)對(duì)不同顆粒含量的試樣進(jìn)行抗壓縮。顆粒的加入普遍的提高了非晶復(fù)合材料的強(qiáng)度以及硬度,同時(shí)也使得體系表現(xiàn)出一定的塑性形變,同時(shí)在顆粒含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.3％的時(shí)體系表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度,比非晶提高25.9％,硬度提高23.9％,表現(xiàn)出1.24％的塑性變形能力。通過對(duì)Zrs3Al23Ni24在不同顆粒含量下的力學(xué)測(cè)試表明：在