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Ce-Ga-Cu-Ni非晶合金力学行为及原材料Ce纯度对Ce-Ga-Cu非晶合金形成能力影响的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 非晶合金及其发展历史

1.2 非晶合金形成原理和制备方法

1.2.1 大块金属玻璃的制备方法

1.3 非晶合金的玻璃形成能力及常用判据

1.4 块体非晶合金的性能及应用

1.4.1 块体非晶合金的力学性能

1.4.2 块体非晶合金的物理性能

1.4.3 块体非晶合金的化学性能

1.4.4 块体非晶合金的应用研究

1.5 块体非晶合金塑性变形的研究进展

1.5.1 块体非晶合金的塑性变形机制

1.5.2 块体非晶合金的均匀塑性变形

1.5.3 块体非晶合金的非均匀塑性变形

1.6 Ce基块体非晶合金的研究现状

1.6.1 Ce基块体非晶合金的超塑性和可加工性

1.6.2 Ce基块体非晶合金的应用前景

1.7 本文主要研究内容、目的和意义

1.7.1 本文主要研究内容

1.7.2 本文主要研究目的和意义

第二章 实验原理、方法和过程

2.1 本文实验内容概况

2.2 具体的实验原理、过程和注意事项

2.2.1 原材料铈的纯度及其中主要杂质元素含量的测定

2.2.2 非晶合金的制备

2.2.3 非晶合金的退火实验

2.2.4 合金的结构分析

2.2.6 合金的热力学分析

2.2.7 合金室温压缩力学性能分析

2.2.8 合金样品的断口形貌分析

第三章 原材料纯度对Ce70GaxCu70-x(4≤x≤15)系非晶合金玻璃形成能力的影响

3.1 引言

3.2 原材料Ce纯度及其中主要杂质含量的测定

3.3 不同纯度Ce制备的Ce-Ga-Cu系非晶合金的玻璃形成能力

3.4 不同纯度Ce制备的Ce-Ga-Cu系非晶合金的热力学性能

3.5 原材料中杂质对Ce-Ga-Cu系非晶合金玻璃形成能力的影响

第四章 Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金的室温压缩塑性的显著尺寸效应

4.1 引言

4.2 不同直径的Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金的制备

4.3 样品尺寸对Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金室温压缩力学性能的影响

第五章 全文总结与展望

5.1 本文的主要实验内容

5.2 本文的主要实验结果和结论

5.3 存在的问题和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

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摘要

本文通过采用不同纯度的Ce原材料来制备Ce70GaxCu70-x(4≤x≤15)系大块非晶合金,系统分析讨论了原材料Ce纯度对合金非晶形成能力(GFA)的影响。结果显示,对于相同的成分,Ce的纯度即使只是变化0.1%,也会导致非晶合金形成能力从1毫米到6-10毫米的波动。此外,Ce70GaxCu70-x(4≤x≤15)系的玻璃形成能力和Ga含量x之间的关系密切,同时也取决于Ce原材料的纯度。与大部分的非晶合金体系有差异的是,使用纯度低的Ce锭有助于制备出玻璃形成能力更为优异的Ce-Ga-Cu系非晶合金。本文还讨论了Ce-Ga-Cu系非晶合金的GFA和常见的热力学参数之间的关联,结果显示晶化温度(Tx)越高,对应成分的合金的非晶形成能力越优异,这显示Ce基合金的非晶形成能力取决于其抵抗晶化能力的强弱。同时,本文还讨论了原材料Ce锭中的主要杂质元素及含量对其GFA的影响,结果表明Ce锭中掺有的微量杂质元素,能在熔体凝固过程中抑制Ce和CeCuGa3相的产生,进而使得合金的GFA得到提高。总的来说,Ce-Ga-Cu系金属玻璃的GFA最优的合金成分,是由原材料Ce锭中杂质元素含量和Ga元素的含量共同决定的。因此,本文的实验结果将推进微量元素对玻璃形成能力的影响机制的理解。  此外,本文以新开发的Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金为研究对象,系统研究了试样尺寸对其室温下压缩力学性能的影响。不同直径的非晶合金采用铜模吸铸法获得,采用万能试验机测量不同尺寸样品的室温压缩力学性能,并用扫描电子显微镜观察断裂后样品的端口形貌,此外,还通过差示扫描量热法分析不同样品的热力学性质。结果显示,直径1.5 mm非晶柱状样品具有1%的压缩塑性,并伴随有典型的锯齿流变现象。随着非晶柱状样品尺寸的增加,其塑性逐渐消失。断裂后的样品的端口形貌呈现出典型韧窝状形貌,并且韧窝的密度随着样品尺寸的增加而降低。热分析结果表明,不同尺寸的铸态样品的玻璃转变之前都有一个明显的焓回复过程,而且其焓回复放热量和样品尺寸有近似的反比关系。尺寸较小的非晶合金在制备过程中拥有更快的冷却速率,能够保留更多的自由体积,为剪切带形核提供更多的形核点,表现出较好的宏观塑性变形能力。

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