摘要
CuZr基非晶复合材料因其优异的特性受到国内外广泛的关注，而其优异的室温塑形和力学性能与其内生的晶体相B2-CuZr有着很大的关联，研究发现CuZr基非晶复合材料的力学性能主要取决于内生B2-CuZr析出量(体积分数)及其截面分布均匀性，改善大尺寸截面内B2-CuZr分布均匀性已成为当前进一步提升非晶复合材料力学性能的关键。为此，本文选取Cu-Zr-Al系非晶合金，通过研究凝固冷却速率、异质晶核元素Ta量、重熔恒温处理工艺对试样截面内B2-CuZr分布均匀性的影响，为大尺寸、B2-CuZr截面均匀分布、高力学性能的B2-CuZr/CuZr基非晶复合材料制备提供实验依据。 首先，本文通过吸铸的方法制备了不同直径d=2mm,3mm,3.4mm,4mm的(Cu0.47Zr0.47Al0.06)99.1Ta0.9合金棒试样，研究了等量异质晶核元素Ta在不同冷却速率下均匀B2-CuZr的效果，结果表明：真空吸铸工艺制备的不同尺寸非晶复合材料试样中析出晶相为单一的B2-CuZr相，熔体中析出相B2-CuZr颗粒的平均直径与凝固冷却速率之间存在d=3.193×1011·/T-3.6621关系；Ta均匀非晶复合材料截面内B2-CuZr相的机理为共格元素Ta提供均匀分布的异质晶核质点，促进B2-CuZr形核并使之均匀分布。但等量Ta均匀B2-CuZr相的效果强烈受制于凝固冷却速率，只有在与Ta量相匹配的凝固冷却速率下，Ta促进B2-CuZr形核的作用和均匀截面B2-CuZr分布的效果才能体现；与0.9at.%Ta相匹配的凝固冷却速率为直径d=3.4mm试样对应的凝固冷却速率，其理论计算约520K·S-1。 其次，通过制备φ4mm(Cu0.47Zr0.47Al0.06)100-xTax(x=0,0.25,0.5,0.75,0.9,1)合金试样，研究了Ta对大尺寸试样组织结构与性能的影响。结果表明：随着Ta量的增加，合金试样截面内B2-CuZr相析出量增加，B2-CuZr相在截面内分布均匀性变差。在φ4mm合金试样对应的凝固冷却速率，理论计算值293K·S-1下，使B2-CuZr相截面较均匀分布的匹配Ta添加量为0.25at.%。非晶复合材料试样的力学性能和耐腐蚀性取决于B2-CuZr析出量(体积分数)及其截面分布均匀性，较好力学性能的最佳Ta添加量为0.5at.%，试样的塑性应变和断裂强度分别为1.06%、1869Mpa，适量Ta改善非晶复合材料内B2-CuZr相均匀分布性的同时，反使非晶复合材料的耐腐蚀性下降。 在此基础上，选取(Cu0.47Zr0.47Al0.06)99.5Ta0.5非晶合金，开展了重熔恒温处理工艺对非晶复合材料组织结构的研究，研究表明：近液相线恒温处理、快淬工艺能使B2-CuZr截面均匀分布。但重熔恒温处理、水淬工艺因水淬试样的冷却速率较小，未能在非晶基体上获得单一强化相B2-CuZr。为此，本文提出了缩短快淬试样的空冷时间、快淬时迅速使封装试样直接与快淬介质接触、采用高冷却能力的快淬介质、适当提高恒温处理温度等工艺改进措施。
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