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块状Zr基非晶合金弹性性能超声无损评价

作　者: 宋舒婷
导　师: 谭家隆
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料学
关键词: 超声 Zr基非晶合金弹性模量热学性能力学性能
分类号: TG139.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大块非晶合金强度大、硬度高、抗腐蚀能力强、力学性能突出,应用前景广泛,但其结构方面的研究仍是难题。鉴于超声波在介质中传播时,其声速、声衰减等声学参量能很好的揭示介质材料的特性及内部的微观结构方面的信息,故大块非晶合金的超声性能和弹性性能可提供结构方面的信息。但在目前大块非晶玻璃研究方面,关于超声和弹性的实验数据是有限的,很多非晶体系的重要结果和理论都是首先在研究Zr基体系中发现的,故Zr基大块非晶合金的研究对其它新非晶合金体系的研究具有重要的指引作用。用铜模吸铸法制备一系列直径为4mm的ZrAINi三元棒状非晶,运用XRD和金相分析判断样品为非晶相；对非晶样品进行热分析测量其热力学参数；根据阿基米德原理测量了样品的密度；基于纵波掠入射原理,运用超声水浸聚焦法测量了非晶合金的声速并结合公式计算得到合金的弹性常数；利用显微硬度测试仪和压缩试验机分别测量了非晶合金的显微硬度和压缩断裂强度。研究连接原子Al含量不同,具有相同团簇结构的[Ni3Zr8]Alx(x=1,1.5,2,3)非晶中超声性能的变化,结合热学性能结果发现：当x增大时,纵波声速V1和横波声速Vt与Tg变化趋势一致且增大,密度却减小,分析原因可能是连接原子Al的增加使原子间结合力增大所致。当x从1增大到3的过程中,弹性模量E和G分别增大了27.2%和25.1%,泊松比v却减小了5.2%,说明弹性模量对成分变化敏感。另外杨氏模量E与表征玻璃形成能力(GFA)的Tg/Tm变化趋势一致,表明E与所研究的非晶合金GFA有一定的关系。运用超声法研究了团簇结构与Al的比值为1：x(x=1,1.5,2,3)即Al1、Al1.5、A12和Al3四个系列非晶合金之间弹性性能的差异,结合热分析、显微硬度和压缩特性,探索了超声弹性模量与与热稳定性及力学性能之间的关系。结果表明：声速和弹性模量变化趋势均为A13>A12>Al1.5>All,泊松比和B／G呈相反趋势；E,G与Tg/ρ,Tx/ρ相对于Tg, Tx表现出更明显的递增线性关系。体模量B与Tg, Tx之间均无明显线性关系,B／G与表征GFA的Tg/Tm呈递减线性趋势,其关系表达式为B/G=10.6-10.86Tg/Tm,这表明B／G也可用来初步判断此非晶合金的GFA; E与显微硬度Hv和压缩断裂强度σ均呈递增的线性关系。这对于设计新型具有良好热稳定性和力学性能的非晶合金具有一定的指导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 超声无损评价发展概述  9-11
    1.1.1 超声无损评价技术的特点  10
    1.1.2 超声无损评价的应用  10-11
  1.2 块状非晶合金概述  11-17
    1.2.1 非晶合金的研究及其发展  11-12
    1.2.2 非晶合金的应用  12
    1.2.3 块状非晶合金性能研究  12-15
    1.2.4 Zr基块状非晶合金的特点和研究现状  15-16
    1.2.5 块状非晶合金的超声研究背景  16-17
  1.3 本课题的主要研究内容  17-19
    1.3.1 选题背景和意义  17
    1.3.2 本课题研究的主要内容  17-19
2 实验研究的理论基础  19-30
  2.1 超声无损检测的理论基础  19-23
    2.1.1 超声波在平界面的反射与折射  20-21
    2.1.2 固体中超声波的声速  21-22
    2.1.3 超声波在固体中的衰减  22-23
  2.2 超声法测量弹性模量  23-30
    2.2.1 弹性模量的测量方法  23-24
    2.2.2 弹性常数计算原理  24-26
    2.2.3 横波声速测量原理  26-28
    2.2.4 弹性常数误差分析  28-30
3 实验过程及方法  30-34
  3.1 Zr基非晶合金样品制备  30-31
  3.2 实验方法  31-32
    3.2.1 X射线衍射分析  31
    3.2.2 热分析(DTA和DCS)  31
    3.2.3 密度测试  31
    3.2.4 压缩试验测试  31
    3.2.5 显微硬度测试  31-32
  3.3 超声实验装置  32-34
    3.3.1 超声水浸聚焦法  32
    3.3.2 超声实验装置  32-33
    3.3.3 水浸聚焦探头参数及特性分析  33-34
4 实验结果与分析  34-53
  4.1 不同直径样品波形比较及实验可行性研究  34-35
  4.2 [Ni3Zr8]Alx(x=1,1.5,2,3)块状非晶合金的研究与分析  35-43
    4.2.1 XRD及金相分析结果  35-36
    4.2.2 DTA和DSC分析结果  36-38
    4.2.3 密度测量结果  38
    4.2.4 声衰减结果  38-40
    4.2.5 声速测量及弹性结果  40-43
  4.3 不同ZrAlNi系非晶合金的研究  43-53
    4.3.1 热力学性能  43-44
    4.3.2 声速及弹性性能  44
    4.3.3 声速结果分析  44-45
    4.3.4 弹性性能结果及其分析  45-47
    4.3.5 弹性性能与热力学性能之间关系  47-50
    4.3.6 弹性模量与力学性能之间关系  50-53
结论  53-54
参考文献  54-58
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  58-59
致谢  59-60

块状Zr基非晶合金弹性性能超声无损评价

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