高性能金属玻璃重大突破
2016-03-15 16:15:08
作者：本网整理来源：
金属玻璃
金属玻璃由于具有一系列优异的力学、物理和化学性能,在国防、空天、电子等领域显示出了广阔的应用前景.其中具有低密度和高强度的特性,Mg基金属玻璃被称为最具有吸引力的结构材料之一.到目前为止,已开发出的具有大的玻璃形成能力(GFA)的Mg基合金系统主要有Mg-Ni-Y,Mg-Cu-Y,Mg-Cu-Al-Y,Mg-Cu-Ag-Y,Mg-Cu-Zn-Y和Mg-Cu-Y-Ag-Pd.但是,和其他具有玻璃形成能力的合金相比,单相Mg基金属玻璃却是脆性最高的,尽管它们展现出达880MPa的高断裂强度.它们通常在弹性变形范围内就发生断裂,观测不到明显的塑性现象.这种脆性断裂缺陷行为无疑是Mg基金属玻璃合金在工程应用上的障碍.
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为了克服Mg基金属玻璃合金的脆性断裂缺陷,Ma等人合成了Mg65Cu7.5Ni7.5Zn5Ag5Y10 金属玻璃原位析出复合材料,Xu等人通过引入TiB2颗粒制备了Mg65Cu7.5Ni7.5Zn5Ag5Y10金属玻璃复合材料,显著地提高了Mg基金属玻璃的机械性能.但是这种增强相也带来一定的限制,包括密度的提高和腐蚀问题以及与基体浸润性的问题.
接着,北科大研究人员又开发一种新型的具有显著塑性变形能力的Mg-Cu-Zn-Y金属玻璃复合材料.利用hcp针状Mg基固溶体增强Mg77Cu12Zn5Y6金属玻璃复合材料,其表现出18.5%的塑性变形能力,同时断裂强度达到了1163MPa. 实现了金属玻璃复合材料不仅具有极高的弹性模量、强度、硬度和抗脆性断裂能力,还表现出良好的耐腐蚀性能.
Mg77Cu12Zn5Y6金属玻璃复合材料性能指标?
优化的Mg77Cu12Zn5Y6合金复合材料具有高的杨氏模量(19.2Gpa),屈服强度(550Mpa),弹性极限(2.9%),其最重要的特性是获得了显著的塑性变形能力(18.5%),分别是TiB2和铁颗粒强化Mg基金属玻璃复合材料的5.8倍和18.5倍.
Mg77Cu12Zn5Y6金属玻璃复合材料是如何抗断裂、耐蚀的呢?
四相Mg-Cu-Zn-Y合金具有高非晶形成能力、低密度和低成本的优势.我们提高Mg的含量,并降低Cu、Zn和Y的含量,以便促进析出初生Mg相.
复合材料断裂强度和延展性的提高可以归结为以下几个因素共同作用的结果:
(1)片状Mg基固溶体析出相可以有效地阻挡金属玻璃基体的剪切变形;
(2)通过局部剪切变形升温,金属玻璃基体产生了类似粘性变形;
(3)hcp Mg基固溶体析出相的变形.
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