Ti42.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料改性研究——陶粒轧制与深冷处理

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钛基块体非晶合金有着优异的耐腐蚀性能、物理性能和力学性能,使得其在很多领域都具有应用前景。研发和制备具有较高综合性能的钛基块体非晶材料一直是非晶材料研究领域范围内的热点。本论文利用高真空熔炼铜模吸铸设备制备了T142.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料,并将其作为研究对象,研究了陶粒轧制以及深冷处理这两种改性技术对该材料力学性能、热力学性能以及腐蚀性能的影响。通过陶粒轧制技术加工了铸态的Ti42.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料,试样材料在较大的应变速率(0.5~1s-1)条件下,在室温环境下发生塑性变形。对陶粒轧制前后的试样进行了X射线衍射、DSC、硬度和室温压缩测试并且通过扫描电镜对断口形貌和轧制后试样的剪切带形貌进行了表征。陶粒轧制后试样的力学性能得到了显著的提升,其室温压缩断裂强度和塑性均得到了提高。相对于铸态试样1720MPa的室温压缩强度,轧制态的室温压缩断裂强度提升到了1860MPa,并且铸态试样在室温压缩测试中表现出明显的脆性断裂,几乎没有塑性,而轧制态复合材料试样则表现出约5.3%的塑性。陶粒轧制为Ti42.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料引入了剪切带,剪切带呈现出台阶状的形貌,除了主剪切带以外还有次级剪切带的生成。通过DSC技术测定了轧制前后非晶复合材料的热力学参数,发现轧制后试样的晶化放热焓和结构弛豫焓均有所降低。对Ti42.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料进行了不同时间的深冷处理,讨论了深冷处理前后Ti基非晶复合材料试样的力学性能,热力学性能以及腐蚀性能的变化。发现随着深冷处理时间的增加,该非晶复合材料的显微硬度和室温压缩强度均有所增加,特别是在深冷9天后的试样的硬度值以及室温压缩强度提升最为明显,分别达到了536Hv和1960MPa。但当深冷处理时间达到11天后,材料的显微硬度值的有所下降趋于平缓。深冷处理后Ti42.SCu42.5Ni10Zr5非晶基复合材料的初始晶化温度Tx以及玻璃化转变温度Tg均随着深冷时间的增加而降低,另外通过测量发现深冷处理后的非晶复合材料试样的结构弛豫焓Er也呈现出降低的趋势。分析发现深冷处理技术对Ti42.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料力学性能是多种因素共同作用的结果,各种因素相互影响,最终导致材料的强度和显微硬度的上升幅度有所降低趋于平缓。深冷处理增加了Ti42.5Cu42.5Ni10Zr5非晶复合材料试样组织的不均匀性,降低了材料的耐腐蚀性能。
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