【摘要】：Fe基塊體金屬玻璃因其具有超高的強(qiáng)度、極高的硬度、很大的彈性極限和相對(duì)低廉的材料成本等優(yōu)異的性能,使其成為前景最為廣闊的下一代新型高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料之一。然而,在室溫下的塑性變形能力極差和較低的玻璃形成能力嚴(yán)重制約了Fe基塊體金屬玻璃的廣泛應(yīng)用。因此,開發(fā)新型的高強(qiáng)度兼良好室溫塑性的Fe基塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料,成為當(dāng)前金屬玻璃領(lǐng)域的熱門課題,具有十分重要意義。根據(jù)金屬玻璃形成組元的不同,Fe基塊體金屬玻璃可大致劃分為Fe-P-C體系、Fe-B體系和Fe-C-B體系三大類型,其中Fe-P-C體系的塊體金屬玻璃相較與其他體系的塊體金屬玻璃具有較好的塑性和韌性,而Fe-C-B體系的塊體金屬玻璃則具有較好的玻璃形成能力。為了提高Fe基塊體金屬玻璃的室溫塑性和玻璃形成能力,本文采用微合金化手段發(fā)展了良好室溫塑性的單一非晶相的塊體金屬玻璃和原位析出不同晶粒尺寸的α-Fe晶體相來增強(qiáng)Fe基塊體金屬玻璃室溫塑性的研究思路。通過合理的成分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以Fe-Mo-P-C四元塊體金屬玻璃為原始合金成分,通過添加不同含量的B元素,進(jìn)一步提高其玻璃形成能力和室溫塑性。另外,以原位析出微米級(jí)α-Fe晶體相的Fe77Mo5P9C7.5B1.5的塊體金屬玻璃基復(fù)合材料為原始成分,通過添加不同含量的Cu元素,使得樣品析出納米級(jí)α-Fe晶體相的方法,制備含有微米-納米復(fù)合增強(qiáng)的α-Fe晶體相的新型塊體金屬玻璃復(fù)合材料。利用X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、示差掃描量熱儀(DSC)、萬能材料試驗(yàn)機(jī)等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)研究了其顯微結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性及室溫力學(xué)行為。主要的結(jié)論概括如下:1、在Fe-Mo-P-C體系中,B元素對(duì)于α-Fe相有著強(qiáng)烈的抑制作用,同時(shí)也會(huì)抑制Fe-P相Fe-C相。少量添加B元素(B(27)1.5 at.%)時(shí),可以使Fe-P-C體系的塊體金屬玻璃的玻璃形成能力增強(qiáng)。但是過量添加B元素(B1.5 at.%)時(shí),會(huì)使得Fe-B相成為優(yōu)先析出相析出,破壞了原有成分的玻璃形成能力,導(dǎo)致樣品的玻璃形成能力降低。2、隨著樣品中B元素(B=0.5,1,1.5 and 2 at.%)的不斷增加,樣品的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和玻璃轉(zhuǎn)變激活能Eg都在升高。同時(shí),樣品的綜合力學(xué)性能卻有所下降。這說明樣品的綜合力學(xué)性能與玻璃轉(zhuǎn)變溫度和玻璃轉(zhuǎn)化激活能有著一定的內(nèi)在聯(lián)系,即具有較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和較大的玻璃轉(zhuǎn)變激活能的樣品,其室溫塑性變形能力較差。相反,具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和玻璃轉(zhuǎn)變激活能的樣品塑性變形能力較好。3、隨著B元素(B=0.5,1,1.5 and 2 at.%)增加,樣品的從室溫到玻璃轉(zhuǎn)變溫度的平均熱膨脹系數(shù)ɑg和相同成分的晶態(tài)合金平均熱膨脹系數(shù)ɑc以及ɑc和ɑg的差值Δɑ都表現(xiàn)出了先增大,后減小的趨勢(shì)。同時(shí),隨著樣品中B元素的增加,樣品的脆度系數(shù)m逐漸減小,表明了樣品從液態(tài)到過冷液態(tài)時(shí),粘度變化速度不斷減小。這說明了樣品發(fā)生了從fragile到strong的轉(zhuǎn)變,即隨著B元素的添加,玻璃形成能力逐漸的加強(qiáng)。當(dāng)前研究表明,Fe基塊體金屬玻璃的平均熱膨脹系數(shù)ɑg越大,脆度系數(shù)m越小,樣品的玻璃形成能力越大。4、在Fe77Mo5P9C7.5B1.5塊體金屬玻璃基復(fù)合材料中,通過添加不同含量的Cu元素(Cu=0,0.1,0.3,0.5,0.7 and 1.0 at.%),結(jié)果表明,樣品的綜合力學(xué)性能隨著Cu元素的增加而表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)Cu元素的含量在0.1 at.%時(shí),樣品的綜合力學(xué)性能最好,在壓縮模式下,其室溫塑性高達(dá)~7%。研究表明,當(dāng)Cu含量為0.1%時(shí),合金中納米晶尺寸在約1-10nm,有利于多重剪切帶的萌生。同時(shí),析出的微米級(jí)α-Fe晶體相能夠顯著避免剪切帶的迅速失穩(wěn),從而增加了合金室溫塑性變形能力。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG139.8

【參考文獻(xiàn)】

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