鎂基非晶復(fù)合材料的制備與性能研究

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1、鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要鎂基非晶態(tài)合金因具有輕質(zhì)高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又表現(xiàn)出較強(qiáng)的玻璃形成能力而受到關(guān)注，但由于金屬玻璃類似于脆性材料的力學(xué)行為，限制了它的應(yīng)用。本工作通過對材料的設(shè)計(jì)，選取M965Cu25Gdlo為玻璃基體，碳納米管、co、n為增強(qiáng)相，采用銅模鑄造法制得鎂基非晶復(fù)合材料研究了Mg．Cu-Gd基多元合金系分別添加碳納米管、鈷、鈦后制得的金屬玻璃復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。采用X射線衍射()(】王D)對鑄態(tài)圓棒橫截面進(jìn)行分析，由差示掃描量熱計(jì)(DSC)表征評價(jià)塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料的玻璃轉(zhuǎn)變與晶化行為，通過萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測定材料的壓縮性能。得到以下結(jié)果：(

2、1)采用銅模鑄造法制備出直徑分別為2mm、3mm的M965Cu25Gdlo金屬玻璃和直徑為2mm的碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。XRD分析表明在CNTs-M965Cu25Gdlo合金的基體中有CNTs存在。對碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了測試和分析，得到該材料玻璃轉(zhuǎn)變和晶化的表觀激活能，分別139kJ．toolo和154kJ．mol～，晶化速率常數(shù)為O．582s一。通過添加CNTs前后金屬玻璃力學(xué)性能的比較發(fā)現(xiàn)，CNTs的加入使材料的壓縮強(qiáng)度提高了近180MPa，升幅達(dá)27．7％(2)采用銅模鑄造法獲得直徑分別為2mm和3mm的M965Cu20GdloC05鎂基合金

3、棒，運(yùn)用此工藝制得的M965Cu20GdloC05的最大直徑為2mm，臨界冷速為250K／s。XRD分析表明，2mm的M965Cu20GdloC05鎂基合金棒為完全的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而在3mm的M965Cu20GdloC05鎂基合金棒中有Co析出，即形成了hcp-Co／M965Cu20GdloC05的非晶，納米晶雙相結(jié)構(gòu)。DSC分析表明，M965Cu20GdtoC05與M965Cu25Gdlo的過冷液相區(qū)寬度相差不大，但多級晶化現(xiàn)象明顯，其晶化機(jī)理更加復(fù)雜。添加5at％Co后的鎂基合金玻璃轉(zhuǎn)變溫度R和晶化溫度Tx均向高溫區(qū)偏移。(3)綜合利用電弧爐熔煉和感應(yīng)熔煉制備Mg基合金

4、的母合金，然后在氬氣保護(hù)氣氛下利用水冷銅模鑄造法成功制各出(M965Cu25Gdlo)100。Ti。(x=O，2．5，5，7．5)鎂基非晶復(fù)合材料。該材料的組織隨著n元素原子百分含量的增加由完鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)變?yōu)榉蔷Щw加既析出晶體相。Mg基金屬玻璃復(fù)合材料(M965Cu2sGdlo)lo嘛Ti。(x=O，2．5，5，7．5)的DSC分析結(jié)果表明：在玻璃轉(zhuǎn)變階段，隨著X的增大，晶化放熱峰由兩個(gè)增加到三個(gè)，而且趨勢越來越明顯；在熔化階段，熔化峰也隨著合金中n含量的增加由單一的吸熱峰演變成兩個(gè)高低不等的吸熱峰。分析表明，合金在快冷過程中，Mg基固溶體作為競爭領(lǐng)

5、先相首先從液相中析出，此時(shí)的液相成分具有較高的非晶形成能力，在一定的冷卻速度下，金屬間化合物的析出受到抑制，剩余的液相轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)組織。加入鈦后的鎂基金屬玻璃復(fù)合材料同不加鈦時(shí)的合金相比，斷裂強(qiáng)度和塑性變形能力都有了不同程度的提高，塑性變形中也出現(xiàn)了明顯的加工硬化現(xiàn)象。尤其是(M965Cu25Gdlo)1舡5n5金屬玻璃復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度達(dá)到977MPa，塑性變形能力也達(dá)到了0．5％。關(guān)鍵詞：金屬玻璃；復(fù)合材料；鎂；玻璃形成能力；力學(xué)行為Ⅱ鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTMagnesium-basedamorphousalloyshaveattractedconsid

6、erableattentionduetofight-weight,high-strengthandagoodbulkglassformingability(OFA)．However,theapplicationshavebeenlimitedbecausetheMg—basedbull【metallicglass(BMG、5UlCerSfromlowductilityproblems．Inthiswork,itwasdemonstratedthatacompositedesignstrategytoachievebulkmetallicglassbasedlight-we

7、ightMgflloys．Carbonnanotubes(CNTs)，Co，TiwereaddedintotheM96sCu2sGdl0bulkmetallicglassformingalloystoformthebulkmetallicglasscomposites．Thecross-sectionalSILrfjacesofthe硒-castrodswereexaminedusingX-mydiffraction(Ⅺ①)．ThethermalstabilityoftheglassandcompositesWasinvest