大块板状铜基非晶的制备 开题报告

开题报告 题目： 大块板状铜基非晶的制备 1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 1.1题目背景 自然界中的各种物质，就其原子排列方式来说，可以划分为晶体和非晶体两类。有些物质里面的原子排列是整齐有序的，就像阅兵式上的士兵，这叫做晶体，比如食盐、钻石、普通的钢铁就是这样，从微观的角度讲，它们的结构状态是按一定的几何图形、有规则地周期排列而成，原子占据着布拉菲点阵上的顶点，而每个晶胞则呈有规律的周期性排列[1-3]。也有些物质的原子排列是混乱的，就像一堆钢球的混乱堆积，这叫做非晶体，比如液体、气体、玻璃、塑料等。对于金属材料来说，通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体(例如炼钢后的钢水凝固成钢锭)时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。因为只有这样，其结构才最稳定。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁一硼合金熔体凝固)，原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。因为非晶合金原子的混乱排列情况类似于玻璃，所以又称为金属玻璃。 自1960年用快速凝固技术制备出了Au-Si非晶合金以来，非晶合金的制备与大块非晶材料的研制吸引了材料界越来多的关注。40多年来，随着技术的发展与进步，越来越多的非晶系列被开发，有的已入或接近实用阶段，取得了丰富的研究成果。本文旨在对大块非晶的制备方法进行综述，并对它们进行对比与分析，为大块非晶的制备提供参考。制备大块非晶的基本思路为:提高熔体的冷却速度，控制晶核的生成，消除非均匀成核，阻碍熔体结晶，提高压力，控制、减小原子的扩散，防止熔体在冷却凝固过程中的晶化。。铜基非晶合金其实早在20世纪70年代末就有报道，主要合金系有Cu-Si系、Cu-As系以及Cu-Ge系。20世纪80年代初报道了铜基非晶Cu50Ti50和Cu50Zr50系，首次报道了Cu基金属-金属系非晶[4]。20世纪90年代，随着对非晶的不断认识，人们发现多元合金具有更好的非晶形成能力，1995年，由美国加州理工大学的Lin等首先制得Cu47Ni8Ti34Zr11非晶合金，临界尺寸达到3mm，这是首次报道的Cu基块状非晶。之后开发了Cu-Zr-Hf-Ti合金系。目前已经发现的Cu基块体非晶合金系有：Cu-Zr、Cu-Zr-Al、Cu-Zr-Ti、Cu-Zr-Nb、Cu-Zr-Al-Ag、Cu-Zr-Ti-Sn、Cu-Zr-Ti-Hf、Cu-Zr-Ti-Ni-Sn、Cu-Zr-Ti-Ni-Cr等。主要研究的是其制备的过程及结果[5-8]。 1.2研究意义 大块非晶合金具有重大工程实用价值，目前实用的大块非晶合金几乎全是由熔体直接获取的，这就要求合金具有高玻璃形成能力，低临界冷却速度。非晶合金具有长程无序、短程有序的结构，与晶态合金相比，具备许多特有的性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等，为材料科研工作者开发高性能的功能 材料和结构材料提供了巨大的潜力。自1960年用快速凝固技术制备出了Au-Si非晶合金以来，非晶合金的制备与大块非晶材料的研制吸引了材料界越来越多的关注。制备大块非晶无疑对非晶领域有着重要的意义。这些大块非晶合金的研制成功不仅为深入研究非晶的形成机制、微结构、物理、化学性能提供了理想的材料，而且与传统的非晶合金相比，大块非晶合金在制备上工艺更为简单、成本更低[9，10]。 1.3国内外相关研究情况 上世纪70年代到80年代，非晶合金研究在学术上是非常活跃的领域，但由于以Au一Si为代表的第一代非晶合金的形成需要大于10^6K/s冷却速率，除极少数贵金属合金外，所形成的非晶合金只能是很薄的条带或细丝状，极大的限制了非晶合金的应用范围。1974年，chen和他的合作者在三元Pd一cu一Si体系以相对较低的冷却速率10^3K/s成功的制备了直径为1mm的金属玻璃棒，大块金属玻璃由此而诞生。1982年，Tumbull小组采用氧化硼助熔抑制非均匀形核的方法来制备Pd一Ni一P非晶合金。氧化硼助熔实验表明当非均匀形核被抑制时，冷却速度为10K/ s左右的条件下制备出厘米尺寸的大块非晶棒，虽然当时的结果在金属玻璃的研究领域可以说是令人振奋的，但由于成分中含有昂贵的Pd金属，导致这些研究成果的工业应用潜力并不大[11]。 上世纪90年代以来，非贵金属大块非晶合金，即最小尺寸达毫米数量级的三维非晶合金，成为非晶合金的研究重点，很多大块非晶合金体系被研制出来。同时，在合金的非晶形成能力非晶合金的相结构及其晶化过程。大块非晶合金的性能等方面都取得了大量的研究成果，作为一种先进材料，大块非晶合金具有优异的力学性能!耐磨损性能。耐腐蚀性能和特殊的磁学性能等，具有极好的应用前景[12，13]。1993年美国的Johnson等人研制出了著名的Zr一Ti一Cu一Ni一Be大块

非晶合金，该合金的屈服强度高达1.9GPa，最大弹性变形量可达2%，远高于晶态金属的相应性能。该成分的大块非晶合金具有良好的可制备性和可加工性，形成非晶固体时所需的冷却速度可低至1K/S，已接近氧化物玻璃的相应指标。绝大部分大块非晶合金样品通常只能制备成诸如短杆状。板状等简单形状，难以满足大块非晶合金的应用要求。超塑性变形是大块非晶合金的重要特性之一，人们在这方面已取得了许多研究成果[14]。可以利用大块非晶合金的这一特性制备形状复杂的样品。此外非晶合金是由合金熔体快淬而得，其结构处于非平衡态，在以后的加热过程中，可能发生晶化而变成晶体，即使是处于其晶化温度Tx以下，只要其原子获得足够的可动性，总会发生结构弛豫而趋于内平衡状态"非晶合金的许多物理性能会随着其结构弛豫而变化，因此有关非晶合金热稳定性的研究具有重要意义[15]。 2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1研究内容 研究大块板状Cu基非晶的制备，选用的材料是Cu-Zr-Al系，铜45铝8锆47。研究Cu基非晶的制备方法，制备步骤。在已有成果的基础上争取做出更大尺寸的Cu基非晶。对样品进行组织及结构分析。 2.2研究方案及方法 我打算实行的方案是采用感应加热铜模浇铸法和感应喷铸法来制取大块板状Cu基非晶。

对于本次实验我的想法有两种，通过实验过程及结论对比这俩种方案的优缺点 1.浇铸法，具体步骤如下：（1）制作模具并测试工艺参数对其的影响。（2）将金属置于底部有小孔的石英管中，金属在感应线圈的作用下快速熔化，由于存在表面张力，因此金属熔体不会自动下漏，需要在石英管的顶端施加一定的正气压，金属熔体受压进入铜模（3）用 XRD(X射线衍射)、金相显微镜，分析试样成分是否为非晶； 2.感应喷铸法，具体步骤：（1）制作模具并测试工艺参数对其的影响。（2），把实验用料放在石英管里，然后把料喷到铜模里。（3）用 XRD(X射线衍射)、金相显微镜，分析试样成分是否为非晶。

3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 3.1重点及难点 最终样品是否能成型，成型的样品是否是非晶。如果不是非晶，该从试样的成分、模具的厚度、样品的大小等因素考虑，从新制定实验方案。 3.2前期已开展工作 已经查阅了相当数量的资料。对铜基非晶合金有一定的了解，对国内外的非晶合金的发展前景有一定的认识，为此课题的研究与展开做好了准备。 4.完成本课题的工作方案及进度计划 第1周-第3周：查阅资料，了解课题，拟定开题报告 第4周：开题报告 第5周-第10周：制备试样 第11周-第12周：中期汇报检查 第13周-第14周：完成后续任务，分析实验结果并得出结论 第15周-第18周：撰写毕业设计论文，毕业设计答辩 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日

所在系审查意见：

系主管领导： 年 月 日 参考文献 [1] 寇生中， 薛书微， 赵吉鹏， 赵燕春.Gd 含量对 Cu50Zr42Al8非晶形成能力及热稳定性的影响. 热加工工艺， 2009 年，第 38 卷第 16 期:35 [2] 石岩;张宏;徐春鹰;刘双宇;;激光诱导表面改性制备铜基非晶-纳米晶粉末冶金摩擦材料，材料热处理学报;2011年01期 [3] Akihisa Inoue and Wei Zhang. Formation， Thermal Stability and Mechanical Properties of Cu-Zrand Cu-Hf Binary Glassy Alloy Rods. Materials Transactions. Vol. 45， No.2(2004) pp. 584 to 587 [4] 丁鼎：Zr-Cu基大块金属玻璃的形成、稳定性和力学研究，上海大学，2011年 [5] 张涛，门华，云洁.Cu-Zr-Ti块体非晶合金的形成及其力学性能. 北京航空航天大学学报， 2004年10月，第30卷第10期:925 [6] 周秉文. Cu基Cu-Zr-Al块体非晶合金的制备与性能.博士学位论文.山东：大连理工大学，2011 [7] 朱航宇. Al对CuZrAl系合金非晶形成能力的影响研究.学士学位论文.陕西：西安工业大学，2011 [8] 岳丽杰， 陈蕴博， 谢鲲. Cu-Zr 基块体非晶合金的研究进展. 热加工工艺 .2010 年第 39 卷第 16 期：70 [9] Cyclic Fatigue Fracture of Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30) Bulk Amorphous Alloy with Quenched-in Crystallites[J];Journal of Materials Science & Technology;2003年01期 [10] 王一禾，杨鹰善主编。非晶态合金[M].冶金出版社.1989.287~288 [11] 司颐. Cu基非晶合金的最新研究进展.金属功能材料.2009年2月，第16卷 第1期:37 [12] 高玉来，沈军，孙剑飞，周彼德，李庆春;大块非晶合金制备新技术--非晶粉末固结成形法;材料导报;2002年10期 [13] 汪卫华，王文魁，新型多组元大块非晶合金材料的发现与研究进展[J]。物理。1998.27（7）：400 [14] 沈军;高玉来;陈德民;孙剑飞;王刚;邢大伟;周彼德;大块非晶合金的玻璃形成能力;材料导报;2004年01期 [15] S Z Kou，L Feng，Y T Ding ea tl.Synthesis and magneticproperties of Cu-based amorphous alloysmade by mechani-cal alloying. Intermetallics . 2004