块体zr基非晶合金过冷液相区中变形及扩散连接性能的研究.pdf

Superplastic formation and diffusion behavior of a Zr-based bulk metallic glassin the super- cooled liquid region Candidate Ge Yongneng Supervisor ProfessorLin Jianguo College Faculty of Material and Photoelectronic Physics Program Material Physics and Chemistry Specialization High-performanceMetallic Materials Degree Engineering Master University Xiangtan University Date May, 2010 湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名: 日期: 年月日导师签名: 日期: 年月日 II 摘要非晶合金具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀性能等优异的性能,在很多领域有着极大的应用潜力。非晶合金在其过冷液相区中通常会表现出超塑性,利用这一特性可以对合金进行加工成形。而超塑成形可以与扩散连接工艺相结合,实现合金在超塑变形过程中的扩散连接。本文采用铜模吸铸法制备了Zr 65Al 10Cu ,在不同温度和应变速率条件下对非晶合金的单轴压缩性能进行了研究,并基于自由体积模型分析了在不同条件下非晶合金在过冷液相区中的塑性变形机理。同时,在过冷液相区中对Zr 65Al 10Cu ,研究了温度和保温时间对扩散连接过程的影响。在此基础上,建立了非晶合金的扩散连接模型。研究结果表明,Zr 65Al 10Cu 。在623K温度及以下低于其玻璃转变温度Tg时,合金表现出高强度和极低的延性(<2%),而当温度升高到653K,达到其过冷液相区时,合金表现出良好的塑性。在过冷液相区,低应变速率时(<1×10 ?2s ?1),合金变形表现出牛顿型流变, ~,其值接近于1;随着应变速率的增大,其变形模型由牛顿流变逐步过渡为非牛顿流变,但过低的应变速率可能导致非晶合金在塑性变形过程中的晶化。该合金在673K,应变速率为2×10 ?4 s ?1时,可表现出良好的超塑性。非晶合金的流变行为可以用 Spaepen自由体积的过渡态理论模型进行很好的描述。在不同的温度下对非晶合金与铜进行了扩散连接,对其连接界面组织的观察结果表明,随着连接时间的延长和连接温度的升高,连接面上的孔洞逐步减小, 扩散层宽度增加,在150MPa/400℃/ 65Al 10Cu 。同时,对Cu和Zr原子在连接界面上的扩散系数以及扩散激活能进行了测试。在弄清Zr基非晶合金的超塑变形和扩散连接机理的基础上,建立了非晶合金的扩散连接模型。在该模型中,非晶合金的扩散连接过程可分两个阶段, 即塑性变形阶段和孔洞收缩阶段。其中孔洞收缩包括原子扩散和塑性形变两个过程。将该模型应用于Zr基非晶合金的扩散连接工艺参数的预测,其计算结果表明,Zr 65Al 10Cu ℃/。关键词:Zr基非晶合金;超塑变形;牛顿流变;非牛顿流变;扩散连接 III Abstract Bulk metallic glasses (BMGs) have many potential applications due totheir unique properties, such as superior strength and hardness, excellent corrosion resistance and improved wear re