新型Mg基塊體非晶合金的噴鑄制備與力學性能研究.pdf

1、Mg基塊體非晶合金由于其較大的玻璃形成能力和優(yōu)異的力學性能，特別是其密度低、比強度高等特點，而被認為是一種具廣闊應用前景的新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，日益受到人們的重視和關(guān)注。本文以Mg基塊體非晶合金為研究對象，采用銅模噴鑄工藝成功地制備出直徑為2mm的新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系塊體非晶合金，利用X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)和力學實驗機等儀器設備對鑄

2、態(tài)合金試樣的相結(jié)構(gòu)、熱力學性質(zhì)、力學性能及斷口形貌等進行了系統(tǒng)研究。主要結(jié)果如下：
　　 (1)XRD分析表明，Mg65LixCu20-xNi5Y10(x=0，2，4)、Mg60Cu30-xTixY10(x=3，5，8)和Mg65-xZnxCu25Gd10(x=0，3，5)合金試樣均具有完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，Mg65Li6Cu14Ni5Y10、Mg60Cu20Ti10Y10和Mg57Zn8Cu25Gd10合金試樣為非晶相和晶體相共同組

3、成的非晶復合結(jié)構(gòu)。通過進一步分析發(fā)現(xiàn)，其晶體相均以Mg2Cu相為主，由此可見，抑制合金熔體快速冷卻過程中Mg2Cu相的析出成為獲得上述具有完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的新型Mg基塊體非晶合金的關(guān)鍵所在。
　　 (2)DSC測試結(jié)果表明，新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系塊體非晶合金金均具有較高玻璃形成能力和熱穩(wěn)定性，但隨合金中Li、Ti和Zn含量的增加，非晶合金的玻璃形成能力和熱穩(wěn)定性逐漸降低。其中

4、，Li和Ti的增加均分別使Mg-Li-Cu-Ni-Y系和Mg-Cu-Ti-Y系非晶合金試樣的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和初始晶化溫度Tx降低，并且Tx降低幅度較Tg大，使過冷液相區(qū)寬度△Tx減小，表明非晶合金的玻璃形成能力逐漸下降，其原因可能與元素Li和Ti與相應合金組元間的混合熱為正有關(guān)(Li-Mg：0kJ/mol；Li-Y：+8kJ/mol；Li-Ni：+1kJ/mol；Ti-Mg：+16kJ/mol；Ti-Y：+15kJ/mol)；而Zn的

5、增加則使Mg-Cu-Zn-Gd系塊體非晶合金的Tg升高、Tx降低，導致△Tx大幅度減小，表明非晶合金的玻璃形成能力明顯下降。
　　 (3)力學性能研究發(fā)現(xiàn)，新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-Cu-Ti-Y和Mg-Zn-Cu-Gd系塊體非晶合金均具有高的壓縮斷裂強度(Sf)、大的彈性應變(ee)、高的顯微硬度(Hv)和低的彈性模量(E)。其中，Mg65Li2Cu18Ni5Y10非晶合金試樣的Sf、ee、Hv和E分別為729MP

6、a、2.28％、253和36GPa；Mg60Cu27Ti3Y10非晶合金試樣的Sf、ee、Hv和E分別為879MPa、3.04％、347和34GPa；Mg60Zn5Cu25Gd10非晶合金試樣的Sf、ee、Hv和E分別為754MPa、3.07％、286和32GPa。不難看出，相較而言金屬Ti作為一種增強元素可以在較高程度上提高Mg基非晶合金的力學性能。
　　 (4)SEM斷口形貌分析表明，新型Mg-Li-Cu-Ni-Y、Mg-C