非晶合金退火后硬度變化的實證分析

摘 要：介紹了Zr53.5Cu26.5Ni15Al12Ag3非晶合金的制備和部分晶化樣品的制備以及晶化后硬度的變化。

關鍵詞：非晶合金；晶化；硬度

中圖分類號：TF文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）12-0363-01

1 引言

非晶合金具有獨特的無序結構，兼有一般金屬和玻璃的特性，因而具有獨特的物理、化學和力學性能。隨著制備技術的發展得到的非晶合金的尺寸越來越大，使得非晶合金許多優異的特性充分發揮出來，因此成為十分誘人的研究領域。但是在大塊非晶合金的成形過程中，不可避免的要發生晶化行為，非晶合金的部分晶化對非晶合金力學性能的影響是一個復雜的問題。本文討論的是Zr基非晶合金晶化對其力學性能的影響。

2 實驗過程

將純度為99.9％的純金屬Zr，Al，Cu，Ni，Ag按原子配比在高純Ar氣保護氣氛中經電弧熔煉成均勻的母合金鑄錠，為使合金成分均勻，母合金均翻煉4－6次，然后將熔煉好的母合金鑄錠重熔，采用銅模吸鑄制得直徑為5mm長度為100mm的非晶合金棒。

將非晶棒用ISOmet5000線性精密切割鋸切割，試驗需要8個直徑為8個直徑為5mm厚3mm的薄片。對非晶薄片進行研磨－拋光處理，為后期硬度測試做準備。

等溫晶化動力學過程分析的溫度應選擇在玻璃轉化溫度和晶化開始溫度之間，Zr53.5Cu26.5Ni15Al12Ag3的玻璃轉化溫度和晶化開始溫度分別為435.6℃和503.5℃。此次實驗中退火溫度選擇為450℃和480℃。

將8個非晶薄片放入加熱爐中進行退火處理，將以上樣品分成8組，如表1。

2.1 硬度測試

硬度測試是使用AMH43全自動顯微測試儀，可測試材料的洛氏和維氏顯微硬度。測試要求樣品的表面粗糙度為12，加載載荷50g，加載時間為10s，得到的數據如下：

2.2 DSC測試

采用STA449C型DSC分析儀，對退火前后的樣品進行測試，采用的升溫速率為20K/min，測試淬態樣品及部分退火后樣品的特征溫度(玻璃轉變溫度Tg、晶化溫度Tx)，通過對這些樣品的DSC曲線分析，考察樣品的晶化行為。根據對晶化后DSC曲線放熱峰的面積的計算來考量非晶合金晶化的程度。估算的結果如下：

3 結果分析

Zr53.5Cu26.5Ni15Al12Ag3非晶合金在Tg點435.5℃以上進行退火得到的晶化樣品。根據表3知道，退火溫度為450℃時其晶化度隨著時間的延長，晶化面積逐漸增大，但整體的變化幅度不是很大；在480℃時，離Tx點503.5℃很接近時，時間在5min時晶化面積只是12％，在10min是增加到40.4%，而在20min之后基本上就全部晶化。結合表2的硬度結果分析，在450℃時隨著晶化相的出現，較原始態的非晶合金的硬度值有所下降，但硬度值在不斷上升。而在480℃時硬度值也是先降低，但隨著退火時間的延長，其硬度的增幅非常大，在20min時已經達到711，而此時的非晶合金的晶化度為100％，表明其間已經沒有非晶態存在。分析認為，當非晶合金中存在少量的晶化相的時候，其硬度比原始非晶的硬度低，但隨著晶化程度的增加，其硬度值不斷升高。當合金中晶化相越來越大，在480℃退火時間為10min時其晶化面積為40%，其硬度值達到了609；在20min時晶化面積為100％，硬度達到了711。

4 結語

（1）非晶合金退火溫度離Tx點越近，其晶化速率越快。

（2）當非晶合金中出現少量的晶化相時，其硬度降低；隨著晶化的進行，當晶化相的面積超過非晶相的面積時，其硬度就顯著提高。