CuZrTiIn系非晶合金的性能研究

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微合金对CuZrAl块体非晶合金力学性能的影响

华中科技大学材料加工及模具技术国家重点实验室，430074，中国武汉工业系统和工程处，中国，香港，香港理工大学

文章信息

文章历史：

收稿日期：2009年7月6日

收到日期：2010年1月9日

接纳：2010年2月10日

在线提供：2010年2月18日

关键词：块体非晶合金微合金塑性相分离

摘要

微量Ta和Fe对CuZrAl非晶合晶力学性能的影响。结果发现，添加后显着提高室温塑性。Cu46Zr47Al7非晶的压缩塑性应变从0.59％分别提高到Cu46Zr45Al7Ta2非晶的2.62％和Cu44Zr47Al7Fe2非晶的4.81％。通过透射电镜对Cu44Zr47Al7Fe2非晶的微观块体非晶合金结构进行了进一步分析，揭示了由于微量Fe的加入形成了富铜相和富铁相。非晶相的不均匀结构的形成，从而激活了多重剪切带，可以改善非晶机体的塑性。目前的结果提供一个有前途的方法，以提高非晶合金的塑性，通过成分和结构以微观的设计。

1.简介

相比传统晶体金属材料大部分金属玻璃（非晶合金）原子无定形结构表现出独特的机械性能，包括高断裂，强度和硬度，优良的耐腐蚀性和抗疲劳耐用性，但只有有限的室温塑性前断裂。许多方法已进行调查提高塑性的非晶合金，如引进微米级大小的韧性晶相，形成纳米结构非均质性，并提高合金的泊松比。

除了次要的，已被广泛用于控制各种晶体材料制造，结构和属性，现已应用于非晶合金，以提高它们的可塑性。兴报道，扩展的的可塑性，可以在含有轻微的难熔金属锆基非晶合金钽，由于强大的短程排序非晶相结构的形成。类似的结果也被报道在Cu47Ti33Zr11Ni8Si1非晶区。另一方面，陈发现，Cu45Zr46Al7Ti2 非晶的32.5％，具有优异的压缩塑性应变，除了少量的钛非晶合金中大量的自由体积的创建归功于出色的的可塑性。在本文中，基于对Cu46Zr47Al7非晶制度的，我们试图通过除了微量的钽，铁，其中有一个正热基合金中的主要成分混合发展新的非晶与扩展的的可塑性。

2.实验

元素金属电弧熔炼（纯度> 99.5％），钛吸气Ar气氛下制备的Cu46Zr47Al7，Cu46Zr45Al7T a2和Cu44Zr47Al7Fe2的名义组成的合金锭。从母合金，直径为2毫米

和70毫米的长度样品棒生产铜铸造模具的每个成分。准备铸合金的非晶结构进行了检查，X射线衍射（XRD，飞利浦鈥PERT）与铜的Kɚ辐射和差示扫描量热（DSC，在Perkin-Elmer DSC-7）在加热率20 K / min的。铸态样品详细的微观结构进行了进一步研究传输纳米梁谐振能谱电子显微镜（TEM，乔尔-2010）。透射电镜箔制备了一系列细化的过程，即抛光机械，压痕，最后离子铣。

单轴压缩试验与兹维克/ Roell020测试机在应变速率为1×10-4S-1。每个测试至少有五个标本组成，得到的统计结果。一个直径压缩标本2毫米，4毫米的长度被切断从铸棒，两端被打磨小心，以确保并行。裂缝和横向的表面形态骨折后的样品进行了检查与扫描电子显微镜（扫描电镜，FEI Quanta 200型）。

3.结果与讨论

图1（a）显示了一个直径为2毫米的铸态合金的XRD图谱。无明显晶体峰值检测到在X射线衍射谱，表示所有的合金基本上是非晶态。与铸造合金的DSC 曲线（图1（b））是明显的玻璃化转变（Tg）和之前的结晶全过冷液相区（Tx）十分相似。从DSC分析所产生的各种热力参数列于表1。它可以看到轻微的元素除此之外提高玻璃化转变温度，但略有降低过冷的地区。

图2显示室温下设计各种块体非晶合金单轴压缩下应力- 应变曲线，应变率在1×10-4S-1，屈服强度，（σy），断裂强度（σf），弹性应变（Ɛy）和塑性应变（Ɛp ）得出如表2所示。可以看出，有合金相比，在断裂强度具有钽和铁此外没有太大的差别，但塑性显着增强。例如，Cu46Zr47Al7非晶表现出故障前的约0.59％的可塑性非常有限，但是，Cu46Zr45Al7T a2和Cu44Zr47Al7Fe2块体非晶合金分别展示为2.61％的显着提高塑性应变和4.81％。

所有的块体非晶合金没有沿主剪切带剪切断裂角（θf）大约40°显示，在本研究中的块体非晶合金的变形机制如下莫尔库仑准则，请参阅表2），这是小于45°侧面剪切带和断裂故障样本模式如图3所示。只有少数剪切带的发现Cu46Zr47Al7非晶（图3（a）），而可以观察Cu46Zr45Al7T a2和Cu44Zr47Al7Fe2块体非晶合金的多重剪切带（图3（c）和（e））。由于大块金属玻璃所取得的塑性变形几乎完全局限于狭窄的剪切带，高密度和剪切带的分布广泛的地区应占的提高可塑性。另一方面，断口的Cu46Zr47Al7和Cu46Zr47Al7T a2的非晶显示脉状图案，这是用于非晶合金的典型特征。但Cu44Zr47Al7Fe2非晶表现出独特的骨折形态组成的脉状和河流一样的模式，这可能导致在不断变化的剪切带的传播方向。类似的断口形貌中也观察到一些其他的块体非晶合金具有良好的室温可塑性。

要了解基底非晶可塑性改善轻微的添加的影响在Cu46Zr47Al7和Cu44Zr47Al7Fe2的块体非晶合金的微结构比较研究用透射电镜。铸态的透射电镜明场图像Cu46Zr47Al7非晶，呈现出均匀扩散的电子衍射图样（见图4（a）项）对比，表明同源均相非晶态合金结构。相比之下，亮场图像显示在Cu44Zr47Al7Fe2非晶显然存在两个不同的阶段，光明和黑暗的对比（图4（b））。电子衍射图样不展示任何衍射斑点，这意味着认为光明与黑暗的对比阶段都是非晶态。能谱分析显示纳米梁，暗相富含铁，而铜丰富在光矩阵。的黑暗阶段的特征尺度为10-20纳米。这意味着认为非晶纳米级的相分离发生在Cu44Zr47Al7Fe2体系。

微合金化已经被证明是一种有效的方式，以提高块体非晶合金的塑性，尤其是当合金元素，具有积极与基合金，这可能导致相分离的铸态的主要成分混合生成