金属玻璃论文
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摘要：Zr基合金和Cu基大块非晶合金都是目前很有前途的结构材料，也是目前研究的一个热点。而Zr-Cu基金属玻璃同时具备Zr基金属玻璃比强度、比刚度高，耐蚀性好等优点和Cu基金属玻璃很高的抗拉、抗压强度，很好的塑性等优点。针对非晶态合金的形成机理形成金属玻璃，从纯属类的金属玻璃中选择出相应的高、低玻璃转变温度差异明显的体系，很不适用。目前缺乏一种令金属玻璃形成过程中处于一种中间状态，既快速冷却又恒温低温催化。本文研究渗碳对Zr-Cu基合金（例如：Zr-Cu-Al合金）组织形貌和相组成的影响。
关键字：金属玻璃;Zr基合金; Cu基大块非晶合金;
非晶态合金 (Amorphous alloys)是指以金属元素作为主要成分，并保持金属键特性的非晶态固体。与相应的晶体材料相比较，非晶态合金具有许多优异的性能：如高强度、良好的软磁性及耐腐蚀性能等，在许多领域有广泛的应用前景，因而得到了广泛的关注和研究。金属玻璃 (Metallic glass) 一般特指通过熔体过冷形成的非晶态合金。美国加州理工学院的Duwez教授是金属玻璃研究的先驱。金属玻璃领域早期的研究工作主要集中在二元合金体系，最近，研究者在简
单的Cu-Zr二元合金体系中制备出大块金属玻璃[30-33]， Cu
64Zr
36
、Cu
64.5
Zr
35.5
和
Cu
50Zr
50
合金成分可以制备出最大直径达2mm的金属玻璃棒。这一发现给金属玻
璃研究领域带来了全新的概念，并将推动大块金属玻璃理论和应用的发展。
本文基于ZrCuAl（三种元素的摩尔比为1:1:1）合金可能与十八电子规则有一定的相关性，且十八电子规则的非金属簇化物类一般具有特殊的催化性，基于
对金属玻璃类合金的考虑，Zr
42Cu
46
Al
7
Y
5
合金是目前所报导的典型Zr-Cu基金属
玻璃中具有较好玻璃形成能力的典范，因此选取ZrCuAl合金和选取Zr
42Cu
46
Al
7
Y
5
合金进行渗碳处理。
1渗碳对ZrCuAl合金组织结构和相组成的影响
1.1相图分析
图1-1为Zr-Cu-Al三元系的等温截面图。由图可知，Zr、Cu、Al三种元素
可以形成的合金有AlCuZr、AlCu
2Zr、Al
5
CuZr
2
、Al
5
Cu
7
Zr。此图还可以看出，Zr、
Cu、Al三种元素还有可能形成Al
13Cu
5
Zr
2
、Al
50
Cu
8
Zr
42
、 Al
51
Cu
12
Zr
37
合金。图中星
形处为AlCuZr初始合金的成分标定点。图中圆形处为AlCu
2
Zr相的成分标定点。
图1-1 Zr-Cu-Al三元系的等温截面图
Figure 1-1 Zr-Cu-Al system alloy of isothermal section graph
图1-2为Zr-C-Al三元系的等温截面图。由图可知，Zr、C、Al三种元素可
以形成的合金有AlC
2Zr、Al
3
CZr
5
、Al
3
C
4
Zr
2
、Al
3
C
5
Zr
2
。图中星形处为AlC
2
Zr相的
成分标定点。图中圆形处为ZrC相的成分标定点。
图1-1为Zr-C-Al三元系的等温截面图
Figure 1-2 Zr-C-Al system alloy of isothermal section graph
1.2 XRD分析
图3-3为合金A（ZrCuAl初始合金）的XRD图谱。由图可以明显的看出，ZrCuAl 相的衍射峰。由图还可以看出，此合金中还含有其它未知相。
图3-3为合金A（ZrCuAl初始合金）的XRD图谱
Figure 3-3 XRD pattern of alloy A（initial ZrCuAl alloy）
1.3SEM相组成分析
将合金A、B、C、D的点打成分表，分别为合金A（初始ZrCuAl合金）
合金B（渗碳后的ZrCuAl合金）合金C（在800℃保温2h的渗碳后ZrCuAl合金）和合金D（在900℃保温2h的渗碳后ZrCuAl合金）。这四个合金样品的点打成分中各个元素的摩尔比例，并且结合这四个合金样品的背散射照片，可以确定其相组成。因此得出：ZrCuAl初始合金中含有ZrCuAl相和ZrCu
4
Al相，而渗碳后的
ZrCuAl合金样品中含有ZrCuAlC
2
相，可以初步认为，ZrCuAl初始合金中渗入了C原子。此外，保温处理的两个样品，其相组成也不同于渗碳后的样品合金。1.4 SEM组织形貌分析
渗碳后的Zr-Cu-Al合金的块体相与Zr-Cu-Al初始合金中的块体相相比，其组织形貌不同，说明渗碳处理对Zr-Cu-Al初始合金的组织结构产生影响。而对
于合金C中块体相为ZrAlCu
2相和ZrAlC
2
相组成的复合相，这进一步说明了在
800℃保温保温处理时合金发生扩散均匀化。在合金C中仅有灰白色基体和灰黑色块体相，而在合金D中不仅含有4白色基体，还出现了菠萝相和团簇相，再由各相的成分组成不同这说明对渗碳之后的ZrCuAl合金样品进行800℃和900℃保温处理，使其相组成变化不同，也使其组织形貌变化不同。
2渗碳对Zr
42Cu
46
Al
7
Y
5
合金组织结构和相组成的影响
同理重复上述方法步骤。
相图分析。可知Zr 、Cu两种元素可以形成的合金有Cu
9Zr
2
、Cu
51
Zr
14
、Cu
8
Zr
3
、
Cu
10Zr
7
、 CuZr、 CuZr
2
；Cu元素中可以固溶一定量的Al元素，并且固溶度很大，
Al元素中可以固溶少量的Cu元素；Zr元素中可以固溶一定量的Al元素，并且固溶度很大；Zr元素中可以固溶少量的Y元素，Y元素中也可以固溶少量的Zr