Cu-ZR-Al非晶合金性能分析及其板材連鑄技術(shù)研究.pdf

1、非晶合金具有獨(dú)特的原子排列方式，因此具有多種優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐腐蝕性及耐磨能力、優(yōu)異的磁性能和生物相容性。但是塊體非晶合金受臨界尺寸及制備工藝的制約，一直未能在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。
　　本文采用自主設(shè)計(jì)的銅模制備非晶合金多種形狀非晶合金，利用X射線衍射儀、掃描電鏡、DSC和DTA等設(shè)備及分析手段，研究了三種成分的Cu-Zr-Al三元非晶合金各項(xiàng)性能（熱穩(wěn)定性、硬度、耐腐蝕能力、耐摩擦磨損性能、細(xì)胞附著能力）。然后設(shè)

2、計(jì)和制造了雙室真空水平連鑄設(shè)備，并使用該設(shè)備水平連鑄純鋁板材對(duì)非晶合金板材連鑄工藝進(jìn)行初步探索。
　　本文在對(duì)Cu40Zr50Al10、 Cu47Zr45Al8和Cu50Zr42Al8三種非晶合金熱穩(wěn)定性研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)其都具有較大的過冷液相區(qū)間(＞70K)，具有很好的熱穩(wěn)定性。在硬度測試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Cu40Zr50Al10、Cu47Zr45Al8和Cu50Zr42Al8三種非晶合金均具有較高的硬度(＞570HV)，并且發(fā)現(xiàn)隨Cu元素含

3、量增加，非晶合金硬度增大。在電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Cu50Zr42Al8非晶合金在3.5％的NaCl溶液和0.5 mol/L的H2SO4溶液中自腐蝕傾向最小，并且三種非晶合金都有優(yōu)異的耐腐蝕能力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知隨Cu元素含量增加，非晶合金耐腐蝕性能增強(qiáng)。在Cu40Zr50Al10、 Cu47Zr45Al8和Cu50Zr42Al8非晶合金與Ti6Al4V摩擦磨損對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)非晶合金耐磨能力要優(yōu)于Ti6Al4V，其中Cu50Zr42Al

4、8的耐磨能力最佳。還發(fā)現(xiàn)非晶合金隨摩擦?xí)r間增長，摩擦機(jī)制由氧化磨損變?yōu)槟チＤp;隨著成分中Cu元素含量增加，非晶合金耐磨能力增強(qiáng)，與硬度隨Cu含量變化趨勢(shì)一致。細(xì)胞附著實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示Cu40Zr50Al10非晶合金較另兩種非晶合金具有較好的生物相容性，并得出增加Zr元素含量可以優(yōu)化非晶合金生物相容性的結(jié)論。
　　本文設(shè)計(jì)并制造了雙室真空水平連鑄設(shè)備，并使用其進(jìn)行了非晶合金板材連鑄工藝的初步探索。在對(duì)純鋁板材連鑄時(shí)發(fā)現(xiàn)拉坯速度不能過大

5、，拉坯速度過大影響板坯表面質(zhì)量;雙室壓差對(duì)金屬液充型有積極影響，有利于提高板坯表面質(zhì)量;澆鑄溫度過高會(huì)對(duì)板坯表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，連鑄后的鋁板材鋁含量為99.9319％高于原料的99.8564％，這說明連續(xù)鑄造方式制備純鋁板材有利于提高產(chǎn)品中鋁含量。本文最后利用純鋁板材連鑄所探得的工藝，對(duì)Cu40Zr50Al10合金進(jìn)行了板材連鑄，制備出表面質(zhì)量良好，尺寸達(dá)到50mm×6mm×300mm的Cu40Zr50Al10合金板材