【摘 要】
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非晶合金亦称之为金属玻璃,是一种新型金属材料。目前发现的众多非晶合金体系中许多都具有优异的性能,应用潜力非常大,但由于受到尺寸限制和脆性的原因,使得其实际应用受到极大的限制,如果非晶合金的尺寸可以扩大到与传统金属相当,它将是理想的金属材料。针对非晶合金本身脆性导致加工困难的难题,本论文提出一种在高频振动下剪切冲压非晶态合金薄带的方法,可以使非晶合金薄带通过冲压直接成型。在冲头的高频振动下,高分子粉
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非晶合金亦称之为金属玻璃,是一种新型金属材料。目前发现的众多非晶合金体系中许多都具有优异的性能,应用潜力非常大,但由于受到尺寸限制和脆性的原因,使得其实际应用受到极大的限制,如果非晶合金的尺寸可以扩大到与传统金属相当,它将是理想的金属材料。针对非晶合金本身脆性导致加工困难的难题,本论文提出一种在高频振动下剪切冲压非晶态合金薄带的方法,可以使非晶合金薄带通过冲压直接成型。在冲头的高频振动下,高分子粉末由于摩擦生热被熔化,与钢制冲头形成柔性冲头,在冲头的挤压下向非晶合金薄带流动,使非晶合金薄带软化成型。通过实验前后样品的X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和差示扫描热法(Differential scanning calorimetry,DSC)图谱对比,实验后的非晶合金薄带保持非晶态不变,在扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)下观测已成型的非晶合金薄带,成型的形状与模具相似度大于95%。该方法高效且低成本,为非晶态合金的广泛应用提供了基础。另外,针对非晶合金本身的尺寸限制的难题,在过去的几十年中,已经尝试了多种方法,包括基于热力学的合金开发,3D打印以及最新的人工智能指导的合金设计,依然无法突破非晶合金分米级尺寸的限制。本论文开发出一种使用热成型制造巨型金属玻璃(Giant metallic glass,GMG)的简便灵活的方法,通过在适当的温度下充分激活金属玻璃板之间的原子键,我们获得了直径大于100 mm的La64Al14Cu24巨型金属玻璃,比目前发现的La64Al14Cu24最大直径尺寸(5 mm)大20倍。基于此热成型方法,还可以同时制造和成型复杂的三维零件。通过实验前后样品的XRD和DSC图谱、应力-应变曲线和显微硬度对比,其实验后的样品保持非晶态不变,性能与原始样品基本一致。通过有限元(Finite element,FE)模拟界面之间的键合机理,模拟结果实现了界面处的氧化层断裂和界面直接接合,在透射电子显微镜下(Transmission electron microscope,TEM)亦观测到与仿真模拟一样的结果。此方法克服了传统方法面临的尺寸限制,成型更大块的非晶合金,对促进非晶合金的工业化应用具有重要意义。
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