ZrTiCuNiBe大塊金屬玻璃的沖擊波效應(yīng)研究.pdf

1、本論文以Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金體系為研究對(duì)象，首先研究了重力場(chǎng)驅(qū)動(dòng)其合金熔體中不同密度和尺寸的粒子的輸運(yùn)行為對(duì)合金熔體玻璃形成能力的影響，以制備成分均勻的大塊金屬玻璃材料。通過高速撞擊實(shí)驗(yàn)，研究大塊金屬玻璃的損傷特征和斷裂機(jī)理，以及沖擊波淬火作用下大塊金屬玻璃的形成機(jī)制。利用多種實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)比研究水淬法和沖擊波淬火法制備的大塊金屬玻璃的短程結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、晶化動(dòng)力學(xué)和相演化過程。通過這些研究，揭示沖擊波效應(yīng)

2、對(duì)大塊金屬玻璃結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響。 本論文利用二級(jí)輕氣炮加速?gòu)椡柽M(jìn)行的高速撞擊實(shí)驗(yàn)，采用掃描電子顯微鏡研究了Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大塊金屬玻璃在平面沖擊波和球面波作用下的損傷特征和斷裂機(jī)制。利用二級(jí)輕氣炮驅(qū)動(dòng)平面飛片產(chǎn)生的高溫、高壓，研究了沖擊波淬火條件下Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金熔體的玻璃形成能力及玻璃形成的物理機(jī)制。運(yùn)用超聲測(cè)量和密度測(cè)量，對(duì)比研究了水淬法和沖擊波淬火法制備

3、的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大塊金屬玻璃的熱彈性參數(shù)；利用差示掃描量熱分析技術(shù)，研究了這兩種大塊金屬玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化動(dòng)力學(xué)；利用同步輻射X射線，研究了這兩種大塊金屬玻璃的短程結(jié)構(gòu)；運(yùn)用高溫原位X射線，研究了連續(xù)加熱條件下這兩種大塊金屬玻璃的晶化過程；利用高溫高壓同步輻射X射線，研究了壓力對(duì)這兩種大塊金屬玻璃的晶化溫度和相演化過程的影響。 研究結(jié)果表明，ZrTiCuNiBe淬態(tài)合金棒中沿著軸線從底端到頂端

4、鈹原子出現(xiàn)的成分梯度分布現(xiàn)象，是由重力場(chǎng)驅(qū)動(dòng)合金熔體中富鈹粒子的斯托克斯運(yùn)動(dòng)造成的，它極大地影響合金熔體的玻璃形成能力；平面飛片高速撞擊后，被撞擊表面形成了徑向裂紋，絕熱剪切帶/裂紋內(nèi)出現(xiàn)了由高應(yīng)變速率變形導(dǎo)致的嚴(yán)重熔化現(xiàn)象(“類似于液滴坑”)；在壓縮應(yīng)力作用下，大塊金屬玻璃的斷裂平面與沖擊方向的夾角為35°；球形彈丸高速撞擊后，大塊金屬玻璃靶內(nèi)部出現(xiàn)了各種斷裂裂紋和均勻分布的微孔洞；無論是在壓縮應(yīng)力還是在拉伸應(yīng)力作用下，大塊金屬玻璃的

5、斷裂都是微孔洞的形核、長(zhǎng)大合并、以及連接的過程，微孔洞的形成起源于大塊金屬玻璃內(nèi)多余自由體積的釋放和合并；相對(duì)于水淬法制備的大塊金屬玻璃，沖擊波淬火法制備的大塊金屬玻璃具有更高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度、晶化溫度、晶化峰值溫度和熱穩(wěn)定性，以及更大的聲速和更小的密度；沖擊波淬火和水淬大塊金屬玻璃徑向分布函數(shù)的第一Ⅰ配位數(shù)分別為N=14.4和N=10，在r約2.4～5.6A范圍內(nèi)沖擊波淬火的玻璃試樣具有高于水淬試樣的配位數(shù)；在r約為5.6～9.5A范圍

6、內(nèi)，情況相反；相對(duì)于水淬大塊金屬玻璃，沖擊波處理后的和沖擊波淬火制備的大塊金屬玻璃具有不同的初始析出相和晶化過程，晶化過程的不同歸因于不同的試樣具有不同的原子構(gòu)型；在不同的壓力下，水淬法和沖擊波淬火法制備的大塊金屬玻璃具有相同的初始析出相Zr2Be17，但是隨后的晶化順序是不同的；隨著壓力的升高，水淬法和沖擊波淬火法制備的大塊金屬玻璃的原子構(gòu)型都發(fā)生了改變，這導(dǎo)致了它們的晶化溫度在某一壓力點(diǎn)都存在突然的下降，壓力和冷卻速率等制備條件不會(huì)