非晶合金退火后硬度变化的实证分析

摘 要：介绍了Zr53.5Cu26.5Ni15Al12Ag3非晶合金的制备和部分晶化样品的制备以及晶化后硬度的变化。

关键词：非晶合金；晶化；硬度

中图分类号：TF文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）12-0363-01

1 引言

非晶合金具有独特的无序结构，兼有一般金属和玻璃的特性，因而具有独特的物理、化学和力学性能。随着制备技术的发展得到的非晶合金的尺寸越来越大，使得非晶合金许多优异的特性充分发挥出来，因此成为十分诱人的研究领域。但是在大块非晶合金的成形过程中，不可避免的要发生晶化行为，非晶合金的部分晶化对非晶合金力学性能的影响是一个复杂的问题。本文讨论的是Zr基非晶合金晶化对其力学性能的影响。

2 实验过程

将纯度为99.9％的纯金属Zr，Al，Cu，Ni，Ag按原子配比在高纯Ar气保护气氛中经电弧熔炼成均匀的母合金铸锭，为使合金成分均匀，母合金均翻炼4－6次，然后将熔炼好的母合金铸锭重熔，采用铜模吸铸制得直径为5mm长度为100mm的非晶合金棒。

将非晶棒用ISOmet5000线性精密切割锯切割，试验需要8个直径为8个直径为5mm厚3mm的薄片。对非晶薄片进行研磨－抛光处理，为后期硬度测试做准备。

等温晶化动力学过程分析的温度应选择在玻璃转化温度和晶化开始温度之间，Zr53.5Cu26.5Ni15Al12Ag3的玻璃转化温度和晶化开始温度分别为435.6℃和503.5℃。此次实验中退火温度选择为450℃和480℃。

将8个非晶薄片放入加热炉中进行退火处理，将以上样品分成8组，如表1。

2.1 硬度测试

硬度测试是使用AMH43全自动显微测试仪，可测试材料的洛氏和维氏显微硬度。测试要求样品的表面粗糙度为12，加载载荷50g，加载时间为10s，得到的数据如下：

2.2 DSC测试

采用STA449C型DSC分析仪，对退火前后的样品进行测试，采用的升温速率为20K/min，测试淬态样品及部分退火后样品的特征温度(玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx)，通过对这些样品的DSC曲线分析，考察样品的晶化行为。根据对晶化后DSC曲线放热峰的面积的计算来考量非晶合金晶化的程度。估算的结果如下：

3 结果分析

Zr53.5Cu26.5Ni15Al12Ag3非晶合金在T435.5℃以上进行退火得到的晶化样品。根据表3知道，退火温度为450℃时其晶化度随着时间的延长，晶化面积逐渐增大，但整体的变化幅度不是很大；在480℃时,离Tx点503.5℃很接近时，时间在5min时晶化面积只是12％，在10min是增加到40.4%，而在20min之后基本上就全部晶化。结合表2的硬度结果分析，在450℃时随着晶化相的出现，较原始态的非晶合金的硬度值有所下降，但硬度值在不断上升。而在480℃时硬度值也是先降低，但随着退火时间的延长，其硬度的增幅非常大，在20min时已经达到711，而此时的非晶合金的晶化度为100％，表明其间已经没有非晶态存在。分析认为，当非晶合金中存在少量的晶化相的时候，其硬度比原始非晶的硬度低，但随着晶化程度的增加，其硬度值不断升高。当合金中晶化相越来越大，在480℃退火时间为10min时其晶化面积为40%，其硬度值达到了609；在20min时晶化面积为100％，硬度达到了711。

4 结语

（1）非晶合金退火温度离Tx点越近，其晶化速率越快。

（2）当非晶合金中出现少量的晶化相时，其硬度降低；随着晶化的进行，当晶化相的面积超过非晶相的面积时，其硬度就显著提高。