免费论文：锆基非晶/结晶复合材料的形成及性能研究

Zr基非晶合金具高强度、高硬度、优良耐腐蚀性、良好非晶合金形成能力(临界直径>10mm)等优异性能，具有广泛的应用前景。然而单相Zr基非晶合金在室温下变形极不均匀，呈现宏观脆性断裂，这严重地制约了非晶合金作为结构材料在工程领域中的推广和应用。本文利用物理冶金学原理与方法，在非晶合金中引入韧性的第二相，制备出非晶/结晶双相复合材料，这不仅能够保持非晶合金的优异性能，更能有效地提高非晶合金的宏观塑性变形能力。通过铜模铸造制备(Zr-Cu-Al-RE)-M系列非晶/结晶复合材料，利用X射线衍射仪(XRD)测试试样中的相组成；利用电子探针(EPMA)测试结晶相与非晶相的成分组成及其各组成元素的原子含量百分比；利用其背散射电子成像技术，观察试样中结晶相的形态分布并估算出结晶相的尺寸大小及其所占的体积分数。利用差示扫描量热仪(DSC)分析测试材料的热稳定性参数；利用万能力学试验机测试材料在室温下静态压缩的力学性能参数，利用显微硬度计测试出非晶/结晶复合材料中各组成相的硬度值(HV)；最后利用扫描电子显微镜(SEM)观察断裂试样的断口形貌和表面的剪切带。研究发现：在Zr-Cu-Al-RE合金体系中，加入2~6at.%的金属Ta，原位复合法制备出由富Ta固溶体和Zr-Cu-Al-RE-Ta非晶基体两相组成的复合材料，其中固溶体主要以树枝晶状和等轴晶状形态，弥散分布在非晶合金基体中，其尺寸大小为1-30μm，其所占的体积分数随着Ta含量的增加而增加。室温压缩结果表明，该复合材料比完全非晶合金具有更高的断裂强度，更优异的塑性变形能力，其中(Zr0.48Cu0.4Al0.1Dy0.02)94Ta6的宏观塑性变形量从几乎为零提高到约13.5%，断裂强度从1850MPa提高到约2050MPa。虽然Ta的添加对材料各项性能的变化起决定性作用，但是不同的稀土元素也会对材料各项性能的变化起一定的作用。在压缩试验中，微米级的第二相能促使剪切带的萌生，阻碍剪切带的扩展，并且分裂剪切带或改变剪切带的传播方向，最终大大地提高了材料的宏观塑性变形能力。

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