基于脱合金反应制备富Nb相增强非晶复合材料的微观组织与力学性能

文摘   2024-10-04 21:15   江苏  


责编 明  秋

校对 筱  萍

审发 祁  

图片来源:非晶中国大数据库

引入韧性第二相、制备非晶复合材料是提高非晶合金室温塑性的有效途径之一。通过第二相阻碍非晶基体中剪切带的迅速传播,并形成多重剪切带,使形变更加均匀分散,可有效提高非晶合金的室温塑性。近年来,金属熔体中的脱合金反应在制备纳米多孔材料中得到了广泛应用,其利用合金元素与熔体间的混合焓差异,使得合金中与熔体混合焓为负的元素选择性溶解进入熔体,而与熔体混合焓为正的元素保持固相,并通过表面扩散形成互相连接形成孔壁结构,熔体充填孔隙中。待冷却后利用酸碱溶液腐蚀熔体冷却组织即可获得多孔材料。

基于此,来自华中科技大学的赵觅等以锆基非晶合金体系中非晶形成能力较高的Zr48Cu36Al8Ag8(原子比,临界尺寸为25mm)为基体合金,通过Nb元素的微量添加,结合金属熔体中的脱合金反应,成功引入细小弥散分布的富Nb第二相,并与传统电弧熔炼法制备获得的样品进行了组织与性能的对比。相关研究成果于2024年9月在《中国有色金属学报》网络首发。

研究人员采用传统电弧熔炼与金属熔体脱合金法两种手段成功制备了富Nb相增强锆基非晶复合材料,使用X射线衍射仪对合金相组成进行标定(图1)。通过扫描电子显微镜(SEM)观察铸态样品的微观结构,并通过能谱仪(EDS)进行成分分析(图2-3)。使用差示扫描量热计在氩气环境(流速20ml/min)中以20K/min的加热速率进行热分析。在室温下以5×10-4s-1的应变速率进行单轴压缩试验(图4-5)。压缩圆柱试样高度为4mm,直径为2mm,两端抛光平整。用扫描电镜SEM观察断裂形貌。研究人员系统比较了上述两种方法制备获得样品的微观结构和力学性能。研究发现,基于上述两种方法均可获得富Nb相增强非晶复合结构,无杂质析出相生成,样品的热学特征值相近。但是,金属熔体中脱合金反应制备获得的非晶复合组织中富Nb相尺寸更小,同时综合力学性能相比于传统电弧熔化法更加优异。形变过程中富Nb相可有效阻碍基体中主剪切带的迅速扩展,促进剪切带增殖,形成多重剪切带。同时,富Nb相本身塑性变形也可进一步降低界面应力水平,提高材料强韧性。

该项工作得到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、深圳市科技计划资助等的支持。

为推动非晶合金涂层应用研究与产业化科学高质量发展,华中科技大学和中电协非晶合金分会联合组织的首届非晶合金涂层产业发展与技术进步推进会将于10月26-27日在华中科技大学举办。国内外相关领域知名专家、科研工作者和产业链工程师作主题演讲并研讨交流。会议报名联系人:祁老师:19106233377(微信同号)。


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