高速冲击载荷下SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料断裂行为研究

利用自制高速冲击加载试验装置(应变率ε104s-1)研究SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的室温断裂行为.利用配有能谱(EDX)的扫描电子显微镜(SEM)对冲击前后的SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料作微观形貌分析,对比研究了其高速冲击载荷下(ε104s-1)与ε为102～103 s-1时断裂行为的差异.结果表明:高速冲击载荷下,三维连通网状SiC骨架/Zr基非晶复合材料中非晶相典型断口形貌为类蜂窝状花样,伴有微孔洞和微裂纹产生,各种花样尺寸均比ε为102～103 s-1时小,白亮边低矮,断口形貌随非晶相尺寸变化发生改变,SiC相以解理断裂为主,部分区域出现SiC碎化.     

钨丝/锆基非晶合金复合材料的动态力学特性

研究不同体积分数的W丝／Zr基非晶合金复合材料的应力—应变响应和动态断裂特征以及断口形貌．利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)，对圆柱形复合材料试样进行了相关研究．研究结果表明：Zr基非晶合金复合材料具有很高的动态压缩强度，随着W丝体积分数的增加，材料的动态压缩强度也增加，当W丝体积分数达到60％时，复合材料动态压缩强度达到2650MPa；断裂表面呈现剪切与W丝劈裂、屈曲混合破坏模式；Zr基非晶体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征．     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料室温单轴压缩断裂行为

在室温下,利用WDW-E100D万能试验机和SEM研究了三维连通网状结构SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 结果表明,复合材料的轴向压缩断裂强度达到了1270MPa,在压缩条件下复合材料的断裂发生在弹性变形阶段,断裂前观察不到塑性变形;试样发生纵向劈裂和剪切断裂;三维连通网状结构SiC陶瓷是主要的承载单元,断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂;非晶合金发生粘性流动,在变形过程中形成纹脉状断口形貌,出现典型的热软化效应.     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料动态变形特征

利用分离式霍普金森压杆装置,对三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料进行不同应变率下的动态压缩实验,采用扫描电子显微镜研究复合材料的动态变形特征和断口形貌.结果表明:复合材料的动态压缩强度随着打击速度的增加而增加;试样发生劈裂和剪切断裂,陶瓷相断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂,非晶合金发生粘性流动,断口形貌复杂多样.在应变率＞104 s-1的冲击载荷下,非晶相表现为软化后的多重脊状条带.复合材料断口上大量的非晶球形液滴及非晶软化条带的发现表明,绝热温升在非晶变形与断裂过程中起重要作用.     

高速冲击载荷下块体Zr基非晶合金断裂行为研究

利用自制高速冲击加载实验装置(ε104 s-1)研究了块体Zr基非晶合金的室温断裂行为;利用扫描电子显微镜对冲击后块体Zr基非晶合金进行微观形貌分析,对比研究了其在高速冲击载荷下ε约为102～103 s-1时断裂行为的差异.研究结果表明:高速冲击载荷下,块体Zr基非晶合金断面表现为类蜂窝状花样、胞腔状花样、脉状花样、熔覆和液滴等形貌;与ε约为102～103 s-1时相比,块体Zr基非晶合金在高速冲击载荷下的断口形貌更为粗糙,脉纹花样方向杂乱,主剪切带黏度降低程度更大,熔覆和液滴形貌尺寸更大,类蜂窝状花样底部具有微孔洞、非晶碎粒和裂纹.     

制备工艺对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料准静态压缩性能的影响

利用WDW-E100D型万能试验机和S-4800场发射扫描电镜,研究了不同工艺制备的多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩性能和断口形貌特征. 结果表明:制备工艺决定多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩强度,当工艺参数非晶合金浇注温度为860℃,浇注后保温6min时最佳.多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩断裂为脆性断裂.断口形貌特征主要包括多孔SiC陶瓷产生解理台阶,Zr基非晶合金产生尖脊状、细脉状等不同形态的脉状花样.     

Zr原子分数对Ti基非晶复合材料腐蚀性能的影响

采用磁悬浮熔炼水冷铜坩埚-负压铜模吸铸法制备了(Ti_0.5Ni_0.5－xZr_x)₈₀Cu₂₀(x=0、0.02、0.04、0.06)非晶复合材料,分析了各种合金试样的相组成,测试了合金试样在人工海水和模拟人体的PBS溶液中的极化曲线,观察了电化学反应后的腐蚀形貌,分析电化学腐蚀产物并进行表征.结果表明:几种合金的组织都是非晶基体与晶体相组成的复合材料,晶体相为B2-Ti(Ni, Cu)奥氏体相和B19’-Ti(Ni,Cu)马氏体相.与晶态TC4合金相比,合金在两种溶液中均具有较好的耐蚀性,且随着Zr元素原子分数的增加,合金的腐蚀抗性也不断增强;当x=0.06时,合金的耐腐蚀性能最为优异,其自腐蚀电位高,为－0.218 V,热力学倾向小不易腐蚀,自腐蚀电流密度较低,为0.912 μA·cm^－2,极化电阻大,为3.4 MΩ·cm²,腐蚀的动力学速率低,且在PBS溶液中合金具有更优异的耐蚀性,在腐蚀形貌中未发现明显的点蚀坑.     

无钎焊料与Zr基块状非晶合金的润湿行为

通过座滴法研究了Sn-In、Sn-Bi和Sn-Ag-Cu三种焊料分别与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿行为.结果显示在三种焊料中,Sn-In对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最好,而Sn-Bi焊料对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最差.利用扫描电镜研究了Sn-In焊料与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的界面特征,其界面处有化合物出现.     

Zr基大块非晶合金熔体的流动性与成型性

对Zr基大块非晶合金熔体在铜模中的流动能力进行了理论和实验研究,给出了影响金属熔体在型腔中流动行为的主要因素,为金属熔体快速冷却过程中克服充型和形成非晶态的矛盾奠定了基础．针对某空间结构中的环形零件,制定了合适的铸造工艺,成功制备出了Zr基大块非晶合金环形零件．     

Zr对Al-Ni-Y-(Zr,Cu)合金系非晶形成能力及热稳定性的影响

通过Zr部分取代Al80Ni10YsCu5中的Y,获得了Al80Ni10Y5-xZrxCus（x=0、1、2、3、4）铝基非晶合金．用XRD和DSC等测试手段1分析了单辊旋淬法制备的该合金非晶条带,研究了Zr对合金体系非晶形成能力和热稳定性的影响．结果表明,x=2或x=3的合金的衍射峰较为宽化;当x从0增加到2时,合金的晶化温度增加,此后,随x的进一步增加,合金的晶化温度先降低后又有所回升．Al80Ni10Y3Zr2Cu5合金既具有相对较好的非晶形成能力,又具有较高的热稳定性．     

Zr含量对Zr71-xNixNb3Cu16Al10非晶合金形成能力和性能的影响

研究了Zr含量对Zr71-xNixNb3Cu16Al10非晶合金的形成能力、晶化行为和力学性能的影响.采用快速凝固装置制备非晶合金,利用XRD和DSC对其非晶形成能力和晶化行为进行分析,通过压缩试验和SEM对其力学性能及断裂方式进行表征.结果表明:Zr原子百分比为62％时非晶形成临界直径最大,为9 mm;Zr含量不同改...     

动载荷对Zr基非晶合金玻璃化转变及晶化过程影响

采用DMA研究了动态加载条件下Zr62Al8Ni13Cu17大块非晶合金的玻璃化转变和晶化过程，并与无外载荷时相比较，结果表明外加动载荷会缩短晶化孕育期，促进晶化。此外，通过TEM观察加载大小及频率对晶相的影响，发现在一定范围内降低加载频率会导致模量显著下降并促进非晶晶化，加载频率及载荷的大小影响析出晶粒的形状及尺寸。     

Zr基与Ti基非晶合金的不同划痕变形行为

采用痕法研究了Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4与Ti40Zr25Be30Cr5两种非晶合金的塑性变特征,考查了载荷与痕速度对塑性变特征的影响.结果表明两种铸态非晶合金样品的剪切带表现出同的特征：Ti非晶合金在痕两侧剪切带现分枝特征,随着载荷和痕速度的增加,出现多重分枝和混乱分特征;而Zr非晶合金的剪切带特征以一次剪切带为主,随载荷和痕速度增加,剪切带特征向单一、平滑趋势转变.进一研究了弛豫对Zr非晶合金痕变特征的影响,发现弛豫使Zr非晶合金剪切带向分枝特征转变.从自由体积观点探讨了两种合金中同剪切带特征的和演制.     

深冷处理对Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合材料组织和力学性能的影响

研究了深冷处理对Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合材料组织演变和力学性能的影响.运用光学金相、X射线衍射分析（XRD）、差示扫描量热分析（DSC）和显微硬度等实验手段,对Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合材料深冷处理前后的非晶结构和晶化相进行测试分析.结果表明：深冷处理2h,Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合材料的第二相体积份数增多.随着深冷处理时间增加到24h,第二相的体积份数和尺寸进一步增多,同时非晶复合材料的显微硬度也有一定的提高.XRD分析表明Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合材料中形成了Cu10Zr7相和AgZr相.非晶复合材料非晶基体的玻璃转变温度Tg随着深冷处理时间的增加而提高,晶化潜热则随着深冷时间的增加而降低.Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合材料组织结构的演变与深冷处理过程产生的内应力有关.     

Zr基非晶合金超塑性成形工艺研究

采用感应耦合等离子体刻蚀工艺制备了微型硅模具,基于硅模具研究了非晶合金Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5的超塑性微零件成形工艺.采用差示扫描量热仪测定了Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5的过冷液相区间为360～440℃,在过冷液相区间热压成形非晶合金微零件、机械研磨去除零件飞边和采用40%的KOH溶液腐蚀去除硅模具,得到非晶合金微型零件.自主研制了成形设备,仿真分析与实验相结合,解决了成形过程中设备的温度控制问题,比较分析了不同温度下的成形结果,实验与仿真结果符合较好.在410℃条件下成功制备出模数0.03、齿数66和厚度500μm的微型内齿轮,齿形轮廓清晰,X射线衍射仪扫描结果显示该微齿轮为非晶结构,从而验证了采用该工艺制备微型零件的可行性.     

Zr基块状非晶合金热膨胀测量及有效原子作用势

测定Er41Ti14Cu12.5Mi10Be22.5块状非晶合金的热膨胀曲线，由合金的结构弛豫过程解释曲线的特点，采用14－7型Lennard-Jone作用势计算该合金系统平均最近邻距离及有效作用势深度，并结合文献中径向分布函数结果进行分析讨论。     

Zr基大块非晶的成分设计与腐蚀机理研究

“Zr基大块非晶的成分设计与腐蚀机理研究是沈阳师范大学物理科学与技术学院张辉教授主持的国家自然科学基金面上项目（批准号为50571071），资助经费29万元，起止时间为2006年1月-2008年12月。项目组成员有曹中秋，张国英，张轲，田鹏，陈金玉，崔松，其中教授4人，副教授1人，博士研究生1人。     

多组元铁基非晶复合材料的力学性能研究

采用真空感应水冷铜坩埚磁悬浮熔炼以及负压铜模吸铸法制备了Fe-15Mn-5Si-10Cr-xC(x=0.6~1.0)铁基非晶合金复合材料,由C元素含量变化调控合金的热力学参数,分析其组织和室温力学行为变化.结果表明:随着C含量的增加,合金的原子尺寸差δ增大,混合熵ΔS_mix提高,混合焓ΔH_mix降低.合金铸态组织由非晶相和过冷γ-Fe奥氏体相组成,在压应力加载过程中发生马氏体相变并表现出显著的加工硬化.Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.9C合金的ΔS_mix和ΔH_mix分别为1.13 RJ·mol^－1·K^－1和－19.6 kJ·mol^－1,其综合力学性能优异,屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为1 300、2 378 MPa和17.2%.     

Zr基非晶合金准静态压缩下的多重剪切带行为

利用IUTM和SEM研究了Zr-Ti-Ni-Cu块状非晶合金的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 研究表明:该合金的室温压缩变形过程主要表现为弹性和塑性变形,塑性变形阶段没有加工硬化现象. 在准静态压缩条件下Zr基非晶合金表现出多重剪切效应,提高了塑性. 微观研究证明,剪切带的滑移分枝与相互交叉是非晶合金塑性提高的主要机制. 沿着剪切带发现了微空洞和微裂纹,剪切带的形成与自由体积的合并有关. 塑性变形过程中形成脉纹状断口形貌,受力状态的不同脉状花纹表现为不同的形式.