機(jī)械合金化與燒結(jié)法制備鋯基非晶合金及其性能研究.pdf

1、Zr基非晶合金是一類(lèi)具有廣闊應(yīng)用前景的材料，國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)對(duì)Zr基合金原料粉末的機(jī)械合金化進(jìn)行了大量研究，得出了多種非晶化機(jī)理，制備了各種Zr基非晶粉末。但是，Zr基合金非晶化的機(jī)理并沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，而且，雖然用機(jī)械合金化方法可以制備出非晶態(tài)的合金粉末，但粉末在實(shí)際應(yīng)用中受到極大限制，需要對(duì)粉末進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，使之成為塊體材料。
　　 粉末成為塊體需要進(jìn)行燒結(jié)，常用燒結(jié)方法有兩種。一種是氣壓燒結(jié)，另一種是熱壓燒結(jié)。目前，國(guó)

2、外絕大部分研究者采用的是熱壓燒結(jié)法制備塊體非晶合金。由于非晶態(tài)合金粉末對(duì)溫度特別敏感，在高溫下容易結(jié)晶，所以用熱壓燒結(jié)法處理非晶態(tài)合金粉末需要在非常高的壓力(高達(dá)1～8GPa)和比較低的溫度下成型。這樣苛刻的條件很難制備出體積比較大的塊體非晶合金，而且對(duì)模具要求很高，成本很昂貴。基于以上考慮，本課題采用氣壓燒結(jié)法對(duì)非晶態(tài)Zr基合金粉末進(jìn)行處理，通過(guò)調(diào)整燒結(jié)工藝和添加劑成分，期望能夠得到具有研究意義和使用價(jià)值的材料。
　　 本工作

3、利用機(jī)械合金化法成功制備Zr50Al15Ni10Cu25的非晶態(tài)粉末，并對(duì)機(jī)械合金化法制備該合金的非晶化機(jī)理進(jìn)行探討。然后，利用氣壓燒結(jié)法對(duì)制備得到的非晶態(tài)粉末進(jìn)行處理，通過(guò)改變燒結(jié)工藝，即改變燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間以及添加劑的種類(lèi)和含量等條件來(lái)進(jìn)行工藝優(yōu)化，改善制品的性能。采用X射線衍射分析(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)，確定了樣品的晶相組成和含量，觀察了樣品的形貌。研究結(jié)果表明：
　　 1、用機(jī)械合金化在比較短的時(shí)間內(nèi)(3

4、0h)以高的球磨強(qiáng)度，即400r/min的球磨轉(zhuǎn)速和20∶1的球料比可成功制備出完全非晶化的Zr50Al15Ni10Cu25合金，然而，Zr的原始粉末中由于存在ZrH2雜質(zhì)，對(duì)非晶化有負(fù)面影響。采用高純度的原始粉末可以縮短達(dá)到完全非晶化的時(shí)間。球磨過(guò)程中隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒和晶粒尺寸都不斷地減小。
　　 2、就本工作所研究的Zr基合金體系而言，在機(jī)械合金化過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)飽和固溶體或者中間合金相，合金非晶化的機(jī)理是由于沖擊

5、、剪切、摩擦還有擠壓力使得混合粉末中的顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)闃O小的納米晶，Zr50Al15Ni10Cu25粉末原料的非晶化是由于納米晶粒的無(wú)序排列。
　　 3、用Y取代Al制備Zr50Al15-xNi10Cu25Yx(x＝0～10)非晶合金過(guò)程中，當(dāng)x＝5和x＝7.5的時(shí)候，Y的添加對(duì)非晶化進(jìn)程有阻礙作用。同樣，添加的非金屬單質(zhì)或化合物，都不利于高能球磨中的非晶化作用，只會(huì)延長(zhǎng)非晶化時(shí)間，并引入更多的Fe雜質(zhì)。
　　 4、對(duì)于Zr5

6、0Al5Ni10Cu25Y10體系，球磨時(shí)添加4wt％的乙醇作為過(guò)程控制劑有利于粉末的非晶化。
　　 5、對(duì)于Zr50Al15Ni10Cu25組分，添加10vol％的Si3N4有利于樣品抗彎強(qiáng)度的提高，最高強(qiáng)度是在1300℃下燒結(jié)的試樣，達(dá)115MPa。對(duì)于Zr50Al5Ni10Cu25Y10組分，添加5vol％的C（石墨）有利于該樣品的抗彎強(qiáng)度的提高，最高強(qiáng)度是在1350℃下燒結(jié)的試樣，達(dá)88MPa。
　　 6、以外加

7、方式而且對(duì)外加的第二相粉末不進(jìn)行高能球磨就直接成型然后燒結(jié)的Zr50Al15Ni10Cu25樣品，燒結(jié)后都會(huì)出現(xiàn)以添加劑為核心的不同于其他區(qū)域的燒結(jié)致密區(qū)。致密區(qū)的結(jié)構(gòu)對(duì)材料的力學(xué)性能（抗彎強(qiáng)度）影響很大。
　　 7、Zr50Al15Ni10Cu25的樣品在1300℃燒結(jié)，保溫時(shí)間為20min，得到的樣品的抗彎強(qiáng)度最高，達(dá)115.218MPa；Zr50Al5Ni10Cu25Y10的樣品在1300℃燒結(jié)，保溫時(shí)間為40min，得到