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杂质对超多元Zr基块体非晶合金形成及性能的影响

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1 绪论

1.1 非晶态金属合金的发展

1.2 块体非晶合金的制备

1.3 Zr基块体非晶合金

1.4 杂质对Zr基块体非晶合金的影响

1.5 本文的研究目的及内容

2 实验方法

2.1 前言

2.2 实验所需的原材料

2.3 材料的制备

2.4 检测与分析

2.5 性能测试

3 杂质对超多元Zr基块体非晶合金形成能力和热稳定影响

3.1 前言

3.2 具有不同杂质含量的超多元Zr基块体非晶合金的形成能力

3.3 杂质对超多元Zr基块体非晶合金热稳定性及晶化行为的影响

3.4 本章小结

4 杂质对超多元Zr基块体非晶合金性能的影响

4.1 前言

4.2 杂质对超多元Zr块体基非晶合金的力学性能的影响

4.3 杂质对弛豫态超多元Zr基块体非晶合金性能的影响

4.4 杂质对超多元Zr基块体非晶合金硬度的影响

4.5 杂质对超多元Zr基块体非晶合金耐蚀性的影响

4.6 本章小结

5 结论及展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

个人简历及科研成果

致谢

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摘要

Zr基块体非晶合金拥有较传统晶态合金材料更高的弹性、强度、硬度、耐蚀性等优良的性能，是一种极具潜力的结构材料。但Zr基块体非晶合金的生产对杂质极其敏感，必须使用高纯原料和苛刻的生产条件才能制备，因而导致 Zr基块体非晶合金的广泛应用受到了极大的限制。最近的研究显示，超多元Zr基块体非晶合金可以有效地降低杂质对其形成能力和性能的影响，具有很高的应用潜力，但杂质对其形成能力及性能的影响机制尚不清楚。本文以超多元Zr50Cu25Al10Ni7Ti4Co2Fe1Y1块体非晶合金为研究对象，通过添加不同质量分数的低纯Zr原料（海绵Zr），详细地研究了杂质对超多元Zr基块体非晶合金形成能力、热稳定性、力学性能和耐蚀性的影响。
　　首先，本文研究了杂质对超多元Zr基块体非晶合金形成能力的影响。以过冷液相区宽度△Tx为判据，通过对不同杂质含量的超多元 Zr基块体非晶合金试样进行DSC分析，发现它们的△Tx非常接近，杂质含量对超多元Zr基块体非晶合金的形成能力影响不大。其电弧熔炼后的直径为20 mm的铸锭在剪开后也呈现典型的玻璃状断口，且XRD结果显示其晶化程度较低，表现出其良好的非晶形成能力。
　　其次，本文对不同含量海绵Zr制备的超多元Zr基块体非晶合金的热稳定性及晶化行为进行了进一步的系统研究。通过DSC曲线分析发现杂质对该合金的热稳定性影响不大，但会影响超多元Zr基块体非晶合金的晶化行为，并且随杂质含量的升高，其晶化过程更加复杂，晶化时间更长。对不同杂质含量的块体非晶合金的完全晶化产物进行分析发现，杂质含量不会影响该非晶合金的晶化产物，析出相主要具有CuZr2、Cu10Zr7和多种ZrAl相结构。
　　最后，本文又分析了不同含量海绵Zr制备的超多元Zr基块体非晶合金的力学和化学性能。通过室温准静态压缩试验可知，含杂质的超多元Zr基块体非晶合金的强度、硬度都很高，变化不大，但杂质含量的不同对该合金的塑性有着不同的影响，低浓度杂质含量不会使合金基体脆化，对塑性影响不大，而当海绵Zr的质量分数达到80％以上时，塑性可达6.7%，是高纯原料制备时的3倍。杂质诱发基体原位析出5 nm左右的纳米相，导致块体非晶合金的塑性极大地提升。此外，高纯原料制备的超多元Zr基块体非晶合金在经过低温弛豫后塑性大幅升高，而高杂质含量的超多元Zr基块体非晶合金在经过低温弛豫后塑性有所下降。这可能是因为高纯原料制备的超多元Zr基块体非晶合金在低温弛豫时导致了成分不均匀性的提升，而高杂质含量的超多元Zr基块体非晶合金中纳米晶的作用会随着自由体积的减少而减弱。电化学腐蚀实验显示杂质的存在不会显著地影响超多元Zr基块体非晶合金的自腐蚀电位，意味着杂质对超多元Zr基块体非晶合金的耐蚀性没有明显影响。

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