CuZrTiIn系非晶合金的性能研究.docx

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1、合金和化合物期刊J9W:www.elsevilocatjallcom微合金对CuZrAI块体非晶合金力学性能的影响华中科技高校材料加工及模具技术国家重点试粉室，430074,中国武汉工业系统和工程处,中国.香港.香港理工高校文章信息文章历史：收稿日期：2009年7月6日收到日期：2010年1月9U接纳:2010年2月10日在线供应：2010年2月18日关键词：块体非晶合金微合金塑性相分别摘要做ffllTa和Fe对CuZrAI非晶合品力学性能的影响.结果发觉.添加后显着提高空温塑性.CU46Z47A7非晶的压缩塑性应变从0.59%分别提高到CuxeZrsAbTa2苹1的2.62%和Cu44Z3A

2、7Fe2非品的4.81%。通过透射电俄时Cua4Zr4ZAIzFe2非品的微度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。柞品相的不匀称结构的形成,从而激活了多重剪切带.可以改善非品机体的册性.目前的结果供应一个有前途的方法,以提高非品合金的聚性.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（非品合金）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惫耐用性，但只有有限的空温蛆性前断裂“很多方法已进行调稼提高皇性的非晶合金，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

3、要的，已被广泛用于限制各种晶体材料制造，结构和属性，现已应用于非品合金，以提高它们的可塑性。兴报道，扩展的的可幽性,可以在含仃稍微的雄熔金属钠基非晶合金钥，由下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,陈发觉，CwsZrMAhTiz非晶的32.5%,具有优异的后缩塑性应变，除了少量的钛非品合金中大量的自由体枳的创建归功于精彩的的可塑性。在本文中，基卜对Cu46Zr*7A7非晶制度的，我们试图通过除/微量的铝，铁，其中有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 .试验元素金屈电弧熔炼（纯度99.5%）,钛吸气Ar

4、气氛下制备的CU46Z47A7,Cu46Zs5AHTa2和Cu44Zr47AI7Fe2的名义组成的合金锭.从母合金，直径为2名米和70毫米的长度样品棒生产铜铸造模具的每个成分。打算铸合金的非晶结构进行了检杳，X射线衍射（XRD,飞利浦孰PERT）与铜的K辐射和差示扫描世热（DSC,在Perkin-ElmerDSC-7）在加热率20K/min的。铸态样品具体的微观结构进行了进一步探讨传输纳米梁谐振能谱电子显微镜（TEM乔尔-2010）.透射电镜箔制备了系列细化的过程，即抛光机械，压痕,最终离了铳。单轴乐缩试验与兹维克/RoeIlO20测试机在应变速率为IXlOYS,每个测忒至少有五个标本组成，得

5、到的统计结果。一个直径压缩标木2亳米，4亳米的长度被切断从锌棒，两端被打磨当心，以确保并行。裂缝和横向的表面形态件折后的样品进行了检杳与扫描电子显微镜（扫描电镀，FElQUanta200型，3 .结果与探讨图1（八）显示了一个直径为2亮米的铸态合金的XRD图谱。无明显晶体峰值检测到在X射线衍射谱，表示全部的合金基本上是#品态。与锌造合金的DSC曲线（图18）是明显的玻璃化转变（Tg）和之前的结晶全过冷液相区（TX）特别相像.从DSC分析所产生的各种热力参数列丁表1.它可以看到稍微的元素除此之外提裔玻璃化转变温度，但略有降低过冷的地区。图2显示室温卜设计各种块体非品合金单轴压缩卜应力-应变曲线，

6、应变率在11O-4S-1,屈服强度，（y）,断裂强度（fj,弹性应变（8y）和塑性应变（p）得出如表2所示.可以看出，有合金相比，在断裂强度具有铝和铁此外没有太大的差别，但塑性显着增加。例如，Cu46Zr47AI7非晶表现出故障前的约0.59%的可塑性特别有限，但是，CuaZkSbTm和CgZr47A7Fe2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%。全部的块体非晶合金没有沿主剪切带剪切断裂角（or）大约40。显示，在本探讨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。恻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觉Cu4Zr47A7非

7、品（图3（八），而可以视察Cu46Zu5AbTa2和C3Zr47A7Fe2块体非晶合金的多重剪切带（图3（C）和（e）由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Cu4Zr47A7和Cu46Zr47A7Ta2的非品显示脉状图案，这是用于非品合金的典型特征。但CUZr47AbFe2非品表现出独特的骨折形态组成的脉状和河流一样的模式，这可能导致在不断改变的剪切带的传播方向.类似的断口形貌中也视察到一些其他的块体非晶合金具有良好的室温可理性。要了解基底非品可塑性改善稍微的添加的影响在Cu46Zr47AI7和Cu44Zr47

8、AI7Fe2的块体非品合金的微结构比较探讨用透射电镜。铸态的透射电镜明场图像CiueZroAb非晶，必现出匀称扩散的电子衍射图样（见图4（八）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CiM4Zr47A7Fe2非晶明显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0的黑暗阶段的特征尺度为10-20纳米。这意味若认为非品纳米级的相分别发生在CusZr47A7Fe2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

9、仃生动与基合金，这可能导致相分别的铸态的主要成分混合生成靖。在现行制度下，混合热址的构成要素之间的关系如图。5。笆具有大量铝混合负热，同时主动与Zr和CU（+3kJ/mol的银铭和铜铜+2kJ/mol时）的混合热因此,Zr的部分替代组通过在CUZrAl系统可能会导致不匀称结构的形成，如在非晶相，它可以提高的CMZr45A7Ta2非晶的塑料性强的短程或中程有序集群。类似的结果从前也由HUfnagel报告了。另一方面，铁，铜表现出主动+13kJmol（19.这是远远比倍和钳混合热量，而铁具有较大的负热三铜，Zr和Al其余元素的混合。在这种状况下，相分别，最有可能发生由于有力的好感度,这事实上是在这

10、项探讨中实现“CU4tZ47A7Fe2非品有两个不同的化学成分的非晶相，因而应当有不同的模量和临界剪切应力（CSSS）在非晶变形后，优先启动时，剪切带，其传播可能会阻碍其他玻璃领域具有较高的CSS.然后,典切带的传播将是迟级，在新的剪切带的萌生和增殖，这最终导致可塑性增加.人们普遍认为，除J合金元素混合组成元素可能供应原子尺度的局部化学不匀称或在当地的自由体积分布的波动较小正热，而除了合金元素大量正热的一个组成部分的混合可能会导致相分别。这两种方法都可以影响剪切带的传播，并造成提高非品的可塑性。(ne)&sul一(b)u4,4517a2Cu44Zr7AI7FeCgAI7ITg(ns3-su5三

11、600650700750800850Temperature,K图2.各种非晶合金在室谓下的压缩应力染色的税衣1股通化转变温度Tg,起效结晶温收TX过冷液相区的宽度各种非晶合金结晶均AH,ATXSamplesTg(K):(K)1.(K)H0g)cu46zr47AI7697.7771273.5-562cll46zr45AI732707.8768260.4-57.1cu44zr47AI7Fe2704.1774.770.6-519表2力学性能，屈服强度y),断裂强度(of),弗性应变(y.里性应变(Ep),剪切断裂用的各种非品合金00依据单轴乐缩.SamplesOry(MPa)r(MPa)y(%)fi

12、p()仇3CU46Z47A)7183519221.630.59395Cu46Zr45AI7Ta2167119061.552.6241cu44Z47AI7Fe2173319562.024.81415100um图3。外观和断【I形貌CuxeZr47Aha和b）,Cu4eZr45AI7Ta2（C和D）和CuZr47AI7Fe?（E和F）小品介金乐缩断裂后的扫描电懂图像.图4.透射电镜明场图像,逡定区域的衍射图案插图Cu46Zu7A7（八）和CsZJTAbFez(b非品合金.4 .结论CUZrAI非品可塑性通过微元素笆，铁得到强化Cu46ZwAH非晶压缩塑性应变从0.59%提离到2.62%和4.81%

13、分别为Cu4eZrasAI7Ta2Cu44Zr47AhFe2非晶。无论是在剧烈的形式生成不匀称结构短/中程排序或非晶态金属相分别的形式，IIJ-添加元素Cw6ZasAbTa2和Cu44Zr47AI7Fe2柞品的可塑性增加。Il前匚作供应了提示微合金化，尤其是加热有主动作用的元素，由于纳米尺度的相分别.形成混合非晶合金的力学性能得到改善。致谢这项工作是出国家自然科学财政支持中国若金会批准号350871042和50828101。这由探讨资助局的工作也部分支持香港特殊行政M(卜项目代眄PoyU511128E).作芥感谢的分析和测试华中科技高校为技术中心救济，参考文献1W.H.Wang.C.Dong.

14、C.H.Shck,Mater.Sci.Eng.R44(2004)45.2A.Inoue,AccaMatcr.48(2()()279.3We1.Johnson.MRSBull.24(1999)42.4Z.F.Zhang.GHe.J.Eckcrl.1.Schuhz.Phys.Rev.1.ett.91(2003)045505.5A.Inoue.B.1.Shcn.H.Koshiba,H.Kato,A.R.Yavari.NatureMatcr.2(2(X)3)661.(6Y.Zhang,A1.Grccr,App1.Phys.I.cu.89(2(X)6)071907.7C.C.Hays.C.P.Kim.W.1.Johnson.Phys.Rev.1.ei(.84(2000)2901.(8J.Das.M.B.Tang.KBKim.R.Theissinann.EBaier.W.H.Wang.J.Eckcrt.Phys.Rev.1.ett.94(2(X)5)205501.(9K.B.Kim,J.Das.F.Baier,M.B.Tang,W.H.Wang,J.Eckert,Appl.Phys.IxMt.88st.Solids351(2005)1232.1141.Y