超快速熱處理製備高強高韌金屬非晶複合材料的研究

《超快速熱處理製備高強高韌金屬非晶複合材料的研究》是依託山東大學，由宋凱凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超快速熱處理製備高強高韌金屬非晶複合材料的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋凱凱
• 依託單位：山東大學

中文摘要

通過在非晶基體中原位引入韌性晶體相製備出的金屬非晶複合材料由於其優異的室溫力學性能，成為非晶合金領域的研究熱點之一，但傳統的製備工藝並不能非常有效的控制晶體相的析出，不利於此類材料力學性能的進一步提升，極大地限制了其作為結構材料的套用。本項目以鐵基和銅鋯基非晶合金為研究對象，採用超快速加熱和激冷的熱處理工藝（即超快速熱處理），分別實現對鐵基非晶合金中α-Fe韌性晶化相和銅鋯基非晶合金中形狀記憶性B2 CuZr韌性晶化相形核長大的控制，降低超快速熱處理過程中非晶基體中自由體積的湮滅程度，製備出高強高韌鐵基和銅鋯基非晶複合材料，為非晶複合材料的開發提供一種新的思路。完善在超快速加熱條件下的非晶晶化動力學機制，探尋超快速熱處理後非晶基體中自由體積的變化規律，揭示變形過程中不同韌性晶體相與剪下帶的相互作用，闡明此類複合材料的微觀結構和力學性能的內在聯繫，完善人們對金屬非晶複合材料的理解和認知。

結題摘要

儘管金屬非晶合金具有許多優異的力學性能，但是由於其塑性變形主要集中在局域化剪下帶內的特點，使得非晶合金在變形過程中呈現出室溫脆性和應變軟化的缺點，極大的限制了非晶合金作為結構材料的套用。本項目從非晶複合材料的結構特點出發，採用實驗和模擬相結合的方法，研究了傳統凝固工藝和快速退火工藝對金屬非晶複合材料力學性能的影響規律，多角度闡明了高強高韌非晶複合材料的形成機理和變形機制。第一，針對銅鋯基、鋯基、鈦基、鐵基等非晶合金體系進行適當的成分選擇和最佳化，提出了預測非晶形成能力的理論依據，製備出了多種體系的非晶合金，探討了其非晶形成能力與非晶結構的內在聯繫，為後續實驗提供了理想的實驗對象；第二，研究了不同元素添加對於馬氏體合金結構及其馬氏體轉變效應的影響規律，揭示了變形過程中馬氏體轉變的結構演變過程，闡明了變形過程中馬氏體轉變的微觀機理，為後續製備非晶複合材料提供了理論依據；第三，通過研究非晶及其複合材料在變形過程中的結構演變過程，揭示了變形過程中韌性晶體相與剪下帶的相互作用及其剪下帶的演變規律，進一步完善了人們對於變形過程中如何抑制剪下帶迅速擴展的認知；第四，通過不同手段控制非晶基體中晶體的析出，製備出了具有不同力學性能的非晶複合材料，探討了其力學性能隨外界條件變化的演變規律，闡明了影響其力學性能的關鍵因素；第五，通過傳統凝固手段、傳統退火手段和快速退火手段，研究了非晶複合材料中晶體形核長大的變化規律，完善了快速退火過程中的晶化動力學機制，闡明了晶體在不同條件下的析出形貌、體積分數、尺寸大小等參數的演變規律，進而製備出了高強高韌非晶複合材料。本項目的研究工作為高強高韌非晶複合材料的開發提供了一種新的思路，對於促進非晶複合材料的發展和套用具有重要意義。