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Al含量對多相增強CuZr基非晶復合材料組織性能的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-04-07  瀏覽次數(shù)：3050
非晶合金又稱金屬玻璃，其原子排列具有長程無序、短程有序的結構特點。由于不存在傳統(tǒng)晶態(tài)合金中常見的位錯、晶界等缺陷，非晶合金具有高強度、高硬度、高斷裂韌性等優(yōu)異性能，成為研究熱點。然而，非晶合金的室溫脆性與應變軟化嚴重限制了其應用。通過引入晶化第二相制備非晶復合結構是提高非晶合金室溫塑性的有效手段之一。

華中科技大學吳樹森教授團隊通過調控Al含量探討了非晶復合材料微觀組織及力學性能的變化規(guī)律。研究表明，Al含量會對復合體系中基體的非晶形成能力產生影響。隨著Al含量的增大，體系中的非晶形成能力先增大后減小。非晶形成能力的變化會對凝固過程中析出的多相增強結構含量及尺寸產生相應影響，進而影響非晶復合材料的屈服強度和塑性變形能力。因此，可根據(jù)不同性能需求進行成分選擇，實現(xiàn)合金組織與性能的可調可控。相關研究成果于2024年2月在《特種鑄造及有色合金》網(wǎng)絡首發(fā)。

研究人員制備的復合材料成分為［（Zr0.5Cu0.5）99.5-xAlxSn0.5］0.97Ta3（摩爾比，x=5，6，8，分別記為Al5、Al6、Al8），采用的Cu、Zr、Al、Sn、Ta元素純度（質量分數(shù)）均在99.99%以上。將各元素按摩爾比進行配料，在抽高真空后充入高純Ar保護氣氛下，利用電弧熔煉制備Zr-Ta預合金，再與其他元素一起進行電弧熔煉制備母合金。將制得的母合金進行感應銅模噴鑄。將母合金敲碎，取小塊放入底部開有小孔的石英管中，利用感應電流對合金塊進行感應加熱，完全熔化后利用石英管上方引入的Ar氣流將金屬熔體噴入銅制模具，制備直徑為?2mm的棒狀非晶復合材料試樣。使用X射線衍射儀進行晶體特性表征（圖1），入射角范圍為20°~80°，掃描速度為3（°）/min。使用掃描電鏡觀測試樣的微觀和斷口形貌（圖3）。使用熱重/差熱綜合熱分析儀測量試樣差熱信息（圖2），判別熱效應所對應的結晶、相變、熔融等物化過程。使用萬能材料試驗機進行壓縮力學試驗（圖4），壓縮試樣的尺寸為?2mm×4mm，且兩端平整光滑，應變速率為5×10-4s-1。結果表明：隨著Al含量增加，復合材料的非晶形成能力先增大后減小，B2+B19′析出相的體積分數(shù)則先降低后增加，富Ta相的體積分數(shù)及尺寸有所下降?？赏ㄟ^Al含量來調控復合材料的力學性能。Al5及Al8合金中析出相體積分數(shù)較高，合金塑性高，但屈服強度較低。Al6中析出相體積分數(shù)降低，則合金塑性有所下降，但屈服強度升高。富Ta相與B2/B19′相形成的核殼結構阻礙了基體剪切帶的快速擴展，造成剪切帶增殖，同時B2相的應力誘發(fā)馬氏體相變及富Ta相自身形變也會產生協(xié)同作用，提高復合體系的塑性變形能力。（文章來源于特種鑄造，編輯時有改動）



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