Y元素对Cu-Zr-Al-Y非晶合金弛豫与压缩行为影响的研究

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非晶合金在很多性能方面表现出明显的优势,具有成为重要工程材料的潜力,但由于室温的塑性较差,也严重的影响了其实际的应用。弛豫是过冷液体和非晶中固有的普遍特征,对于理解物理和材料科学中的关键问题具有重要意义,如玻璃转变现象、扩散、物理老化、塑性变形机理、玻璃材料的稳定性或结晶等。在非晶体系中,稀土基非晶合金一般具有明显的β弛豫,同时这种材料更有可能具有塑性,由此可见,探究成分与非晶弛豫和塑性变形的关系具有重要意义。因此,本课题研究了Y元素对Cu-Zr-Al-Y非晶合金β弛豫和压缩行为的影响。本文首先制备出具有完全非晶结构的Cu46Zr47-xAl7Yx(x=1,3,5)铸态合金,利用差示扫描量热仪分别检测出了非晶合金试样的玻璃转变温度、晶化温度和过冷液相温度区,结果表明,过冷液相温度区随着Y元素含量的增加而有所提高,从而得到在此Cu基非晶合金体系中,Cu46Zr42Al7Y5非晶合金具有更强的非晶形成能力和热力学稳定性的结论。利用动态热机械分析仪,通过固定频率和变频率的两种实验条件对Cu46Zr47-xAl7Yx(x=1,3,5)非晶合金的β弛豫行为进行了表征。结果表明,在固定频率的条件下,β弛豫随着Y元素含量的增加而变得明显;在变频率的条件下,三种非晶都具有随着频率的增加,β弛豫的峰值温度明显有向较高温度方向移动的趋势。同时发现混合焓和组成元素的平均化学亲和能与β弛豫行为相关,在这三种Cu基非晶体系中,表现出最明显β弛豫的Cu46Zr42Al7Y5非晶合金具有最小的负平均化学亲和能。另外,对Cu46Zr44Al7Y3非晶试样在不同应变速率和较宽的温度范围内进行了一系列的压缩实验,结果表明,在相同应变速率的条件下,随着温度的增加,塑性应变量也相应的增大;而在相同的温度下,应变速率越大,塑性应变量随之降低。通过扫描电子显微镜观察非晶试样压缩实验后的断口形貌,断口表面具有典型的脉络状花纹,并且其方向与剪切带的扩展方向一致。同时,通过Arrhenius方程拟合β弛豫和脆性—塑性转变,得到β弛豫的激活能和脆性—塑性转变的表观活化能分别为154±5 kJ/mol和165±5kJ/mol,等效的活化能值表明β弛豫和脆性—塑性转变本质上是同一起源。
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