| 题名 | Cu-Hf-Al块体金属玻璃的形成能力与力学性能 |
| 作者 | 贾鹏 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-20 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 马恩 |
| 关键词 | 金属玻璃 玻璃形成能力 压缩性能 缺口韧性 弹性常数 Cu合金 |
| 其他题名 | Formability and Mechanical Properties of Cu-Hf-Al Bulk Metallic Glasses |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 金属玻璃（MG）中的原子排列具有长程无序、短程有序的结构特征，较之于传统晶体材料具有高强度、高硬度、高弹性极限、高比强度、耐腐蚀等优异的性能。目前制约块体金属玻璃（BMG）应用的主要问题集中在两个方面：一是合金的玻璃形成能力（GFA）限制了BMG的尺寸，二是BMG的脆性。在现已发现的BMG中，Cu基BMG具有高强度、低成本的优势。本工作系统地研究了Cu–Hf–Al三元合金的GFA以及合金成分对压缩塑性变形能力和韧性等的影响，为发现高GFA兼有良好韧性的BMG奠定基础。主要内容及结论如下： 1. 在Cu−Hf二元系中的（L→Cu10Hf7+CuHf2）共晶点附近，Cu100-xHfx（44≤x≤46）合金可在铜模浇铸条件下形成直径为1 mm的BMG。这些BMG的过冷液态温度区间约为55 K。在Cu−Hf−Al三元系中，以1 at.%成分间隔的系统研究表明， GFA最佳的合金为Cu49Hf42Al9，形成BMG的临界直径可达到10 mm，过冷液态温度区间为83 K。在相图上，形成BMG的成分区域位于由CuHfAl、Cu10Hf7和CuHf2三个晶体相围成的成分三角之内，与L→CuHfAl+Cu10Hf7+CuHf2三相共晶反应相关联。三相共晶反应的不变温度约为1206 K，相对于L→Cu10Hf7+CuHf2共晶反应温度降低47 K，表现出“深共晶”特征。 2. Cu49Hf42Al9合金的脆度系数D*为16.8，明显高于Cu55Hf45二元合金（D*=8.6），表明添加Al元素具有提高强液体性质的作用。合金的高GFA与其强液体行为相关联。采用综合考虑热力学和动力学因素评价GFA的参数F1，计算得到Cu55Hf45二元合金和Cu49Hf42Al9三元合金的F1参数分别为0.35和0.50。对一些典型BMG的比较发现，相对于单一使用约化玻璃转变温度Trg或液体的脆度系数D*，F1参数能够更好地反映合金的GFA。 3. 随着Hf含量的增加，Cu91-xHfxAl9（40≤x≤46）系列BMG的玻璃转变温度（Tg）和剪切模量（μ）均呈线性下降趋势，Tg从x=40的782 K降低到x=46的774 K, 对应的μ从43.0 GPa降低到41.3 GPa，但泊松比（v）变化不明显，介于0.351~0.355之间。高Hf含量的 Cu45Hf46Al9（C2）BMG塑性变形能力优于低Hf含量的Cu49Hf42Al9（C1）BMG。这与C2具有更低的Tg和μ是一致的，但对v的依赖性不明显。 4. 不同Hf含量的两种铸态BMG压缩屈服强度差别不大，分别为2210~2470 MPa和2200~2440 MPa。对两种BMG屈服强度分散性的Weibull统计表明，C1和C2 BMG的Weibull模数分别为40和53，塑性较好的C2 BMG的屈服强度比C1的分散性更小。 5. 对几种GFA较强的铜基BMG缺口韧性（KQ）的研究表明，这些金属玻璃的韧性大致上可划分为两类：分别为KQ约38 MPam1/2的“脆性”BMG和KQ约60 MPam1/2的“韧性”BMG。另外，Cu基金属玻璃的韧性介于脆性的Fe基金属玻璃和韧性的Zr基金属玻璃之间。在Cu−Zr−Ti(Al) 三元合金的基础上，添加第四组元Ag/Y，尽管可以显著提高GFA，但导致BMG的韧性明显下降。在所研究的Cu基BMG中，Cu49Hf42Al9合金兼有较高的GFA和韧性。 6. Cu基金属玻璃的韧性对v没有明显的依赖关系：“脆性”和“韧性”两组BMG的n分别在0.351~0.377和0.364~0.373之间，不存在脆性向韧性转变的临界v值。Cu基BMG的韧性随μ或者Tg的升高而提高，μ<34 GPa或Tg<700 K的BMG表现为“脆性”。另外，不同于多晶体金属材料，Cu基BMG的韧性随着强度的提高而提高。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 130 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17132]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 贾鹏. Cu-Hf-Al块体金属玻璃的形成能力与力学性能[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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