CuZr基块体金属玻璃复合材料疲劳失效及腐蚀失效行为的研究

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块体金属玻璃材料的无序密堆状原子结构不同于传统晶态金属材料,从而使其具备了高强度、高硬度、高比强度和高耐磨性等优异的力学性能。但其缺乏塑韧性和应变软化特性使金属玻璃材料无法进入工程应用领域。由B2-CuZr相内生复合的CuZr基块体金属玻璃复合材料以其“相变诱导塑性”增塑效应使材料表现出了良好的综合力学性能,因此,开发金属玻璃复合材料是其进入工程材料领域的有效途径。目前,对块体金属玻璃复合材料涉及到工程应用性能方面,如疲劳行为和腐蚀行为的研究还非常有限。本文以成分为Cu48Zr48Al4的合金为基础研究对象,通过添加Co元素代替Cu元素,探索了合金成分对金属玻璃复合材料的准静态压缩力学行为的影响。并在此基础上,对比研究了CuZr基金属玻璃及其复合材料的高频压缩-压缩疲劳行为和不同酸碱环境下的腐蚀行为,为CuZr基金属玻璃复合材料的工程应用前景提供了数据参考。本论文研究结论如下:  (1)在对成分为Cu(48-x)Zr48Al4Cox(x=0,0.5,1,3和5)合金的准静态压缩力学行为的研究中发现,Co元素的添加对材料中内生复合相的种类产生了影响,随着Co元素原子比的提高,B2-CuZr相含量下降,B19’-CuZr相以及Cu10Zr7相从金属玻璃基体中产生。其工程应力—应变曲线表明,当添加的Co元素含量为0.5at.%时,材料表现出最大的塑性变形能力约10.9%,且其断裂强度可达1917 MPa。之后随着Co元素含量的继续增加,材料的塑韧性和强度都明显下降。  (2)通过对比研究含有B2-CuZr相的Cu47.5Zr48Al4Co0.5块体金属玻璃复合材料和Cu46.5Zr46.5Al7块体金属玻璃的压缩-压缩高频疲劳性能发现,块体金属玻璃复合材料的疲劳极限(650 MPa)低于块体金属玻璃材料(750 MPa),但金属玻璃复合材料的疲劳比性能优于金属玻璃材料。说明B2-CuZr相的复合并未使金属玻璃材料的疲劳极限得到优化,但B2相对剪切带的“阻挡效应”以及“马氏体转变效应”延缓了疲劳裂纹的扩展,使材料的疲劳比得到提升。  (3)在对成分为Cu48Zr48Al4的金属玻璃及其复合材料在不同酸碱环境及中性NaCl溶液介质中腐蚀行为的对比研究表明:在0.5mol/L NaCl溶液中电化学腐蚀曲线显示,金属玻璃及其复合材料都发生了钝化现象。两者比较而言,金属玻璃材料具有最低的icorr和最高的Ecorr,并且其击破电位Epit和维钝电流ipass都高于金属玻璃复合材料,这表明金属玻璃材料的耐腐蚀性能要优于金属玻璃复合材料。在1.5mol/LHCl溶液和1.5mol/L NaOH溶液中环境腐蚀实验表明:酸性环境下,金属玻璃复合材料中的B2-CuZr相体积比增加后,一定范围内其耐腐蚀能力呈现了出先减弱后增强的趋势。而在碱性环境中,CuZr基金属玻璃及其复合材料都表现出良好的耐腐蚀性能。
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