【摘要】：非晶合金不存在晶體的結(jié)構(gòu)缺陷,表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能,如高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕以及良好的導(dǎo)磁性能等。因此,非晶合金具有廣泛的用途。但目前塊體非晶合金的制備普遍存在成本高,效率低的特點(diǎn),不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備,這極大地限制了非晶合金材料的應(yīng)用發(fā)展。熱型連鑄工藝可實(shí)現(xiàn)合金的連續(xù)制備,是一種近凈成型技術(shù),并能有效地提高非晶合金的制備效率。因此,對(duì)鋯基非晶合金連鑄工藝的研究具有重要意義。本文使用水平連鑄工藝手段制備Zr5 5Al10N i5Cu30合金,研究鋯基合金連鑄成型的工藝方案。通過(guò)調(diào)節(jié)連鑄工藝參數(shù)制備不同結(jié)構(gòu)的鋯基合金,分析工藝參數(shù)對(duì)鋯基合金結(jié)構(gòu)、性能的影響。最后分析連鑄工藝對(duì)鋯基合金非晶形成能力的影響,優(yōu)化工藝方案,實(shí)現(xiàn)鋯基非晶合金的連續(xù)制備。首先,使用銅模鑄造法熔煉工業(yè)純度的原料,制備出了具有較好非晶結(jié)構(gòu)的合金。研究了熔體溫度對(duì)鋯基合金非晶形成能力的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在合金熔點(diǎn)以上,隨著熔體溫度的適當(dāng)增加,合金的非晶形成能力增強(qiáng),制備合金樣品的維氏硬度值在540左右。實(shí)驗(yàn)證明了工業(yè)純度的原料可以制備非晶合金。其次,通過(guò)連鑄法制備鋯基合金,確定了鋯基合金連鑄成型的工藝參數(shù)方案。熔體溫度在950℃~1000℃,保溫1h,牽引速率為1mm/s~9mm/s,型口溫度為850℃~1000℃時(shí),連鑄出了最長(zhǎng)1500mm,直徑為8mm的合金棒材。在其他工藝參數(shù)不變的條件下,隨著牽引速度的增加,合金中非晶組分越多。熔體加熱到1000℃,型口溫度在950℃左右,牽引速率在3mm/s~5 mm/s范圍時(shí),連鑄出具有較好非晶形態(tài)的合金。測(cè)量其硬度,硬度值在600左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶態(tài)合金的數(shù)值。實(shí)驗(yàn)證明使用熱型連鑄工藝制備非晶合金是可行的。
【圖文】：

提出用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來(lái)判定非晶合金的形成理論，成為非晶合金研究的重要理論依據(jù)。人們開(kāi)始研究?jī)r(jià)格低廉的且形成能力較強(qiáng)的普通金屬體系。圖1.1為不同體系非晶合金的最大尺寸及對(duì)應(yīng)時(shí)間，從圖中可以看出，20世紀(jì)90年代以來(lái)，塊體非晶合金的發(fā)展得到突破性進(jìn)展，在這一時(shí)期，非晶合金的體系不斷增多，尺寸不斷增大。特別是日本科學(xué)家Inoue等[ 19]探索出了Zr-Al-Ni-Cu等非晶形成能力強(qiáng)的合金體系。之后一系列大塊非晶合金體系如鎂基[ 20 ]、鐵基[ 21]、鎳基[ 22]等被挖掘出來(lái)。1.2 非晶合金的發(fā)展

公式中 G自由能之差； H為液固轉(zhuǎn)變時(shí)的焓變； S為液固轉(zhuǎn)變時(shí)的熵變。圖1.2 液態(tài)到晶態(tài)過(guò)程圖Fig.1.2 The process diagram of liquid to crystaline合金凝固的過(guò)程是由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，吉布斯自由能之差越小，越有利于非晶的形成，，則該體系非晶形成能力強(qiáng)。金屬間化合物一般比非晶態(tài)物質(zhì)的自由能還低，亞穩(wěn)態(tài)的非晶相既然存在，說(shuō)明非晶態(tài)的形成還有動(dòng)力學(xué)上的優(yōu)勢(shì)。因此說(shuō)明熱力學(xué)條件是非晶態(tài)形成的必要條件。1.3.2 非晶形成的動(dòng)力學(xué)判據(jù)從動(dòng)力學(xué)的角度考慮，熔體在凝固結(jié)晶的過(guò)程需要克服一定的勢(shì)壘，其中包括形成新的界面所需要消耗的界面能以及供晶核長(zhǎng)大所需要的活化能。當(dāng)需要克服較大的勢(shì)壘時(shí)，如粘度增大，冷卻速率加快，質(zhì)點(diǎn)無(wú)規(guī)則排列，就會(huì)導(dǎo)致晶核形成和晶體長(zhǎng)大困難，有利于非晶合金的形成[ 25]。因此，非晶態(tài)合金的形成的條件就是使液態(tài)合金冷卻到非晶轉(zhuǎn)變溫度以下不發(fā)生或不易發(fā)生結(jié)晶的條件
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.8;TG249.7

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3 本報(bào)記者 倪e

本文編號(hào)：2573082