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本文以开发新型且实用的稀土基大块非晶及其复合材料为出发点,展开了以下三方面工作:
(1)采用铜模喷注法成功制备出直径为3mm以混合稀土金属(Mm)为基的成本较低的Mm55Al25Cu10Ni5Co5大块非晶合金。利用XRD、OM、ITUM及SEM等手段研究了该合金的形成能力、热稳定性及室温压缩断裂行为,并与相同条件La55Al25Cu10Ni5Co5合金进行了对比。结果表明:Mm55Al25Cu10Ni5Co5大块非晶合金具有明显且较高的玻璃转变温度Tg(482K),高的晶化初始温度Tx(547K),宽的过冷液相区△Tx=Tx-Tg(65K)和高的约化玻璃转变温度Trg=Tg/Tm(0.698),是非晶形成能力和热稳定性较高的合金。与La55Al25Cu10Ni5Co5合金相比,其形成能力略微下降,热稳定性提高;室温压缩断裂强度(σf)为676MPa,比La55Al25Cu10Ni5Co5非晶合金高16.2%。
(2)以DSC曲线为数据基础,利用Kissinger及Deloy激活能计算方法、PartialArea标准程序及MATLAB等数据处理手段研究了Mm55Al25Cu10Ni5Co5和La55Al25Cu10Ni5Co5两非晶合金的非等温晶化动力学行为。结果表明:两非晶合金的玻璃转变温度(Tg)、晶化初始温度(Tx)和晶化峰值温度(Tp)都随着加热速率的增加而增加,具有明显的动力学效应;晶化分两步完成;晶化为典型的形核及长大机制;它们的形核瞬间完成,晶化以生长为主,有可能获得纳米晶弥散分布于非晶基体的结构,但很难获得完全的纳米晶组织。Mm55Al25Cu10Ni5Co5非晶合金的玻璃转变激活能、形核激活能和长大激活能以及晶化初期激活能和最大激活能都大于相应的La55Al25Cu10Ni5Co5非晶合金的值,表明前者比后者表明其具有更高的热稳定性。
(3)采用铜模喷铸法制备出直径为3mm的Dyx(Fe0.6Al0.4)100-x(x=65,70,75)合金系列-枝晶增强非晶基复合材料,并利用XRD、OM、IUTM及SEM对合金的组织及力学性能进行分析。研究表明,三合金室温单轴压缩下均为单一弹性变形;与单一的非晶合金相比,Dy65(Fe0.6Al0.4)35合金的压缩断裂强度较低,仅为420MPa,这是由于该合金的非晶基体上析出的几乎连成网络的块状脆性AlFeDy相易提前断裂且这种相与非晶基体结合较弱所致。该合金的断裂方式为劈裂,断裂面与外力方向平行,断口平滑,为脆性断裂。而Dy70(Fe0.6Al0.4)30与Dy75(Fe0.6Al0.4)25合金中弥散分布的韧性枝晶α-Dy相,对于剪切带及裂纹的扩展起到了有效的抑制作用,使得合金的断裂强度得以提高,特别是Dy70(Fe0.6Al0.4)30合金中适度体积分数且尺度α-Dy相具有很好的强韧化效果,二者断裂强度分别为1003和960MPa。它们的断裂模式为沿最大切应力方向断裂,即断裂面与轴向成45°,变形以非晶变形方式为主,断口出现河流状脉纹及熔滴大块非晶变形特征,同时有大量台阶出现,使得合金韧性得以提高。