Zr<,56.2>Ti<,13.8>Nb<,5.0>Cu<,6.9>Ni<,5.6>Be<,12.5>大块非晶基复合材料组织、性

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采用内生法制备了含韧性β树枝晶的Zr<,56.2>Ti<,13.8>Nb<,5.0>Cu<,6.9>Ni<,5.6>Be<,12>.(LM2)大块非晶合金基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、INSTRON万能力学性能试验机、动态热机械分析(DMA)等研究了该非晶复合材料的组织、性能以及热稳定性。研究内容包括: 1)采用熔炼-水淬法制备了LM2大块非晶基复合材料,研究了其凝固组织、树枝晶凝固规律以及压缩性能。LM2复合材料快速凝固时,树枝晶二次枝间距(λ)与冷却速率(ν)满足经验公式:λ=α×(ν)<-n> ,a=29~46μm·K·s<-n>,n=0.46±0.04,在铸造试样树枝晶中发现了大量孪晶(残余应力)产生,在大尺寸(φ20mm、φ25mm)试样中发现了金属间化合物Zr<,2>Cu,在低纯度原材料试样中发现了准晶。随着树枝晶尺寸增加,LM2 复合材料屈服强度从1645MPa(3mm薄板)下降到1343MPa(φ25),塑性变形量在5.3%~16%之间;脆性金属间化合物Zr<,2>Cu相对LM2 复合材料的塑性没有显著影响,而准晶相极大地影响了复合材料的力学性能,含准晶相材料无宏观塑性。 2)研究了LM2复合材料的等温/等时退火处理,在等温/等时退火过程中,树枝晶中的孪晶不断消失,高温β-Zr 相向低温α-Zr 转变,同时,非晶母体中产生一种未知晶体相产生。在室温~543K温度区间的等时退火中,随着温度的增加,树枝晶中孪晶消失和非晶母体中新相产生,复合材料的屈服强度、断裂强度逐渐增加,塑性逐渐降低;在583~653K温度区间处理后,材料无塑性,断裂强度随等温温度的增加逐渐降低;在583K(低于Tg)等温退火后,复合材料塑性下降,断裂强度随退火时间的增加而逐渐增高。残余内应力的存在与否是影响LM2复合材料塑性的主要原因之一,韧性β树枝晶通过自身的滑移或/和孪生以及相变等方式提高了复合材料的塑性,阻止单剪切带的扩展,形成多剪切带而提高了LM2合金的塑性。 3)采用动态热机械分析仪(DMA)研究了LM2复合材料粘弹性质,给出了LM2复合材料的热稳定性特征。LM2复合材料存贮模量(E’)、损耗模量(E”)曲线不同于单一非晶态合金,在存贮模量(E’)曲线上出现了两级平台,损耗模量(E”)曲线中出现两个叠加峰,即β相转变和玻璃化转变峰(α驰豫)。LM2 复合材料玻璃化转变服从VFT 方程f=f<,0>exp(B/(T-t<,0>),f<,0>=2.3E19Hz,B=15771K,T<,0>=332K,脆性指数m=56;β转变是一个吸热过程,满足Arrhenius关系f=f<,0>exp(E/R T),f<,0>=5.6x10<-61>Hz,EA=8.1eV。等温频率谱研究表明:随等温温度的增加,峰值频率ω<,0>逐渐向高频方向移动,α驰豫和β转变耦合、叠加在一起,采用单一的理论/经验模型难以描述LM2复合材料驰豫和相变过程,采用双KWW方程耦合模型φ(t)=K exp(-t/t<,1>)<β<,1>>+(1-K)exp(-t/t<,2>)<β<,2>>分离出α驰豫和β转变能较好的拟合了653K、663K试验结果,在该温度下,材料的玻璃化转变(α驰豫)和β转变是两个相互影响的过程。
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