區(qū)域熔煉法制備高強(qiáng)高韌CuZr基非晶復(fù)合材料.pdf

1、塊體非晶合金具有很好的玻璃形成能力，而且強(qiáng)度高、彈性極限大（約2％）以及較好的耐磨性，受到人們的廣泛關(guān)注。但是，塊體非晶合金由于其無序的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其室溫塑性差，嚴(yán)重限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。近年來，在CuZr基塊體非晶合金中引入具有形狀記憶的B2CuZr軟相，通過“相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)”可以效地提高CuZr基塊體非晶合金的室溫塑性，其室溫塑性與B2CuZr相的顆粒大小、體積分?jǐn)?shù)、分布情況以及粒子間距等因素緊密聯(lián)系。本論文利用高真空電弧焊接設(shè)

2、備與高真空中功率電子束焊機(jī)對(duì)CuZr基塊體非晶合金板材進(jìn)行快速加熱與快速冷卻的方式進(jìn)行區(qū)域熔煉，通過控輸入?yún)?shù)可以人為控制B2CuZr相的體積分?jǐn)?shù)以及空間分布情況。
　　首先，利用真空電弧焊機(jī)區(qū)域熔煉CuZr基塊體非晶合金：利用高真空電弧熔煉-吸鑄爐制備出CuZr基塊體非晶合金板材，采用定制的電弧塢極對(duì)非晶合金板材進(jìn)行區(qū)域熔煉。通過控制輸入功率（317±57W，422±58W，604±124W）和改變電弧與樣品板材之間的距離(1-

3、2mm，2-4mm)可以誘發(fā)B2CuZr相的生成，再經(jīng)快速冷卻可以使B2CuZr相在室溫下得到保留。通過控制輸入電流的大小以及電弧與樣品板材之間的距離可以控制B2CuZr相的大小，改變塢極熔煉的位置可以控制B2CuZr相的空間分布。當(dāng)B2CuZr相的體積分?jǐn)?shù)以及空間分布得到很好地控制時(shí)，制備的CuZr基塊體非晶復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度可達(dá)到1700±10MPa，相應(yīng)的室溫壓縮塑性應(yīng)變大于14％。SEM形貌測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在變形過程初始階段，B2Cu

4、Zr相發(fā)生了馬氏體相變，隨后在B2CuZr相的界面處開始萌生多重剪切帶;隨著應(yīng)變的進(jìn)一步增加，孿晶化的馬氏體和多重剪切帶得到進(jìn)一步增殖，從而誘發(fā)較大的室溫塑性。盡管電弧區(qū)域熔煉可以達(dá)到人為控制B2CuZr相的體積分?jǐn)?shù)和空間分布狀況的效果，但是在區(qū)域熔煉的過程中，輸入功率難以做到精確地控制，重復(fù)度相對(duì)較差，不利于后續(xù)復(fù)合材料的開發(fā)。
　　為了尋求能量束更加集中，輸入?yún)?shù)能夠得到精確控制，我們采用了高真空中功率電子束焊機(jī)對(duì)CuZr基塊

5、體非晶合金進(jìn)行區(qū)域熔煉，電子束區(qū)域熔的方式分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描三種，通過控制束流大小、掃描時(shí)間、掃描速度以及掃描位置等參數(shù)，可以更加精確地控制B2CuZr相的體積分?jǐn)?shù)以及空間分布狀況，從而制備出人為可控B2CuZr相的CuZr基非晶復(fù)合材料。
　　(1)采用點(diǎn)掃描方式時(shí)，束流大小為0.6mA-0.9mA，時(shí)間為2s，隨著束流的增大，局部區(qū)域熔煉的區(qū)域面積也隨之增大，主要包含熔化區(qū)域、熱影響區(qū)和基體部分。熔化區(qū)域隨著束流的增加

6、其結(jié)構(gòu)由含有其它大量金屬間化合物的B2CuZr晶體相，轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏傿2CuZr晶體相，甚至伴隨少量的非晶相出現(xiàn)。熱影響區(qū)域主要包含B2CuZr晶體相、非晶相和少量其它金屬間化合物。由于此區(qū)域?qū)儆诒粍?dòng)加熱區(qū)域而不是熔化區(qū)域，晶體相的產(chǎn)生主要是來自于非晶合金在快速加熱和冷卻過程中的晶化產(chǎn)物。對(duì)于非晶基體區(qū)域來講，由于受電子束能量的影響較小仍處于非晶態(tài)。(2)采用線掃描方式時(shí)，束流大小為1.4-1.9mA，掃描速率為1000mm/min，隨著

7、束流的增大，區(qū)域熔煉部位晶體相的含量隨之增加。區(qū)域熔煉后熔化區(qū)域因冷卻速率較快而形成非晶態(tài)，熱影響區(qū)域以B2CuZr相為主并伴有非晶相以及其它少量金屬間化合物。(3)采用面掃描方式時(shí)，束流大小為4.0-5.5mA，掃描速率為1000mm/min，區(qū)域熔煉后不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)跟采用線掃描方式區(qū)域熔煉后的樣品結(jié)構(gòu)相類似。
　　其中，當(dāng)線掃描束流大小為1.4mA時(shí)，樣品的拉伸屈服強(qiáng)度約為1450MPa，室溫拉伸塑性約為2％;當(dāng)面掃描束流大小