基于模量法則的銅鋯體系金屬玻璃設(shè)計及其性能研究.pdf

1、金屬玻璃是一種新型非晶態(tài)合金材料，內(nèi)部原子呈現(xiàn)長程無序結(jié)構(gòu)，內(nèi)部大量的自由體積使其不具有晶態(tài)金屬材料那樣穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)，然而這種特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致金屬玻璃具有超高的強度和彈性。但另一方面，無序的原子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致金屬玻璃在室溫表現(xiàn)出宏觀脆性，這限制了金屬玻璃的應(yīng)用。本文根據(jù)模量法則設(shè)計銅鋯體系金屬玻璃，通過模量設(shè)計優(yōu)化金屬玻璃的力學(xué)性能，同時兼顧材料體系的非晶形成能力，從而得到綜合性能優(yōu)異的銅鋯基金屬玻璃材料。
　　本研究主要內(nèi)容包括

2、：⑴根據(jù)金屬玻璃材料的彈性模量和力學(xué)性能之間的關(guān)系可以設(shè)計金屬玻璃的成分。彈性模量與金屬玻璃的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)穩(wěn)定性、玻璃轉(zhuǎn)變溫度密切相關(guān)，這些因素決定金屬玻璃的形成能力必然與彈性模量有所關(guān)聯(lián)。楊氏模量與體積模量的比值E/K越大合金的玻璃形成能力就越好，因此可以通過模量法則設(shè)計具有大E/K值的體系以獲取玻璃形成能力的提高。另一方面，彈性模量也與金屬玻璃的力學(xué)性能密切相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)金屬玻璃體系的泊松比越大其塑性變形能力也越好，彈性模量值越大強

3、度和硬度也越高。因此，可以通過模量法則，優(yōu)化各組元的配比，力爭獲取優(yōu)良玻璃形成能力的同時兼顧力學(xué)性能的提高。⑵經(jīng)過模量法則的設(shè)計發(fā)現(xiàn) Cu50Zr50成分附近的玻璃形成能力最強，CuxZr100-x、(CuZr)100-xAlx體系具有優(yōu)良的玻璃形成能力和力學(xué)性能。第一步通過模量法則優(yōu)化CuZr二元基體的元素配比，使之達(dá)到最佳玻璃形成能力與力學(xué)性能的成分點，制備出具有優(yōu)良玻璃形成能力的二元金屬玻璃；第二步，在二元合金的基礎(chǔ)上，根據(jù)模量法

4、則選擇元素合成三元金屬玻璃體系，進(jìn)一步提高合金的玻璃形成能力；最后根據(jù)需要，添加第四組元以實現(xiàn)該體系玻璃形成能力的突破。⑶根據(jù)約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度Trg、合金的臨界尺寸tmax、臨界冷卻速率Rc等要素綜合考察根據(jù)模量法則所設(shè)計出的金屬玻璃的形成能力，總結(jié)了模量法則與傳統(tǒng)熱力學(xué)經(jīng)驗法則之間的聯(lián)系。通過綜合力學(xué)性能測試，得到所設(shè)計合金的力學(xué)性能，包括塑性、強度、硬度以及彈性模量等數(shù)據(jù)。最后，評估了模量法則設(shè)計的合金是否達(dá)到了優(yōu)化力學(xué)性能的效果。