镁基非晶复合材料微观结构与力学性能

【摘要】普通镁合金作为最轻的结构材料，已经在汽车、电子、航空等领域得到应用，然而，镁合金强度低，耐蚀性差，应用范围受到了限制。镁基非晶合金虽然强度和耐蚀性得到了改善，但脆性大。相比之下，镁基非晶复合材料则具有更好的综合力学性能，是这一领域的研究热点。本文以具有大非晶形成能力的Mg-Cu-Y合金为基础，通过添加Be、Ti、Zr等合金元素，研究了非晶复合材料的微观结构与力学性能的关系，合金元素添加与相分离的关系以及双相非晶的形成机制。此外，以具有长周期结构的Mg-Ni-Zn-Y非晶复合材料为基础，对其相组成、空间结构和断裂机制进行了系统研究。获得了以下结果：采用铜模铸造法制备出直径为3mm的(Mg0.585Cu0.305Y0.11)100-xBex(x=3，5，7，10)系列合金。该系列合金由于Be的加入而产生了Cu-Y-Be第二相，其尺寸和数量随着Be元素加入量的增加而增加。合金的压缩断裂强度分别为866、954、1086和953MPa，呈现出先增加后降低的趋势。通过对(Mg0.585Cu0.305Y0.11)95Be5合金进行TEM和选区衍射分析可知合金产生了相分离，合金中的第二相由Cu-Y-Be非晶相和CuY晶态相组成。直径为1、2和3mm的(Mg0.585Cu0.305Y0.11)95Be5合金试样的压缩断裂强度分别为959、955和954MPa，表明该合金的压缩断裂强度具有尺寸相对独立性。研究了(Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Ti10和(Mg0.585Cu0.305Y0.11)90(Ti0.7Be0.3)10合金。在两种合金中都分布着大量的白色CuTi晶态点状相。后者中第二相的尺寸更大，数量更多，且其中包含一定的非晶相。直径为3mm的两种合金的压缩断裂强度分别为798和1008MPa，比Mg58.5Cu30.5Y11合金的压缩断裂强度分别提高了17%和48%。(Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Ti10和(Mg0.585Cu0.305Y0.11)90(Ti0.7Be0.3)10两种合金的最大强度和最小强度的比值分别为5.1%和4.8%，而Mg58.5Cu30.5Y11合金的比值则为15.5%，表明Ti和Ti70Be30的加入提高了Mg基块体非晶合金的强度可靠性。研究了直径为3mm的(Mg0.585Cu0.305Y0.11)97(Zr0.35Ti0.3Be0.275Cu0.075)3合金的微观结构和力学性能。通过SEM可以观察到在该合金富Mg非晶基体之中分布着富Zr的球状非晶第二相。TEM和选区衍射分析表明合金在凝固过程中产生了相分离，形成了富Mg和富Zr的双相非晶。该合金的压缩断裂强度、弹性变形量和塑性变形量分别为1026MPa、2.2%和0.3%，表明合金的力学性能因为发生了相分离而有了很大提高。相分离产生的富Zr硬相在合金的压缩过程中能阻碍剪切带的扩展，进而促使新剪切带萌生，使剪切带增殖并发生交互作用，从而提高了合金的压缩断裂强度并使合金产生了塑性变形。研究了直径为2mm的含有长周期相的Mg81Ni8Zn5Y6非晶合金复合材料。该合金由富Mg非晶基体相、Mg12ZnY晶态相、α-Mg相和一种菱形立方结构的四元亚稳白色点状相组成，其中Mg12ZnY为14H型长周期相，在合金中具有空间网状结构。合金的断裂强度、屈服强度和塑性变形量分别为678MPa、510MPa和12.9%。合金的断裂过程可以分为应力集中阶段、剪切带形成的胚胎阶段、完整的剪切带形成阶段、剪切带的传播阶段、剪切带的增殖阶段以及合金的断裂等六个阶段。
【作者】王琳；
【导师】邱克强；任英磊；
【作者基本信息】沈阳工业大学，材料加工工程，2014，博士
【关键词】镁基非晶复合材料；相分离；长周期相；微观结构；力学性能；

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