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镁基非晶合金具有较高的比刚度和比强度。采用普通铜模浇铸法制备Mg65Cu25Y10块体非晶合金,利用X射线衍射仪(XRD)表征其非晶特性,差示扫描量热仪(DSC)分析其玻璃转变温度(T8=146.2℃)和晶化温度(Tx=200℃)。对块体非晶合金分别于200℃作热致晶化处理2min~20min,以及室温(22℃)、120℃和160℃作超声处理2min~10min,并运用XRD对经过不同处理的块体非晶合金的相组成进行分析,运用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对微观形貌进行观察与分析。通过观察块体非晶合金维氏硬度的变化,分析了其力学性能的变化;运用DSC研究了不同处理条件对块体非晶合金热稳定性的影响。
研究发现,Mg65Cu25Y10块体非晶合金在超声作用下能快速发生晶化,且随超声处理时间的延长晶化趋于完全。表明在Tg温度附近,甚至室温时,超声对镁基非晶合金具有诱导晶化作用。XRD图谱显示,在超声处理初期,非晶合金内析出Mg2Cu、Mg24Y5和Mg等晶体相。随着超声处理时间的延长,室温和120℃下非晶合金内析出Mg2Y相,160℃下无新相析出;而热致晶化时,随着保温时间的延长,基体内析出Mg2Cu、Mg24Y5、Mg、Cu2Y和少量未知相。由微观形貌照片可知,在室温下超声处理,Mg6sCu25Y10块体非晶合金内最初析出均匀细小颗粒,尺寸在几百纳米以内,EDS显示为Mg2Cu相;随着处理时间的延长,布满细小颗粒的基体上析出“雪花状”组织,尺寸约1μm,并逐渐增多。在120℃下超声处理时,Mg65Cu25Y10块体非晶合金内快速析出“雪花状”组织,并随处理时间的延长而增多,基体上同样布满细小均匀晶体相颗粒。该“雪花状”组织同样出现在热致晶化处理Mg65Cu25Y10块体非晶合金内,且随保温时间的延长而增多。由TEM照片可知,该“雪花状”组织具有层片状结构;通过对电子衍射花样的标定获悉层片状组织主要组成相为Mg24Y5晶体相。然而,由160℃下超声处理Mg65Cu25Y10块体非晶合金微观形貌照片可知,合金由密集堆垛细小球状颗粒组成,几乎看不到原基体组织。且随超声处理时间的延长,颗粒尺寸由原来的几百纳米增大至近1μm。EDS显示该球状颗粒原子组成与铸态合金相近。
与完全非晶态Mg65Cu25Y10合金相比,部分晶化Mg65Cu25Y10块体非晶合金的维氏硬度有所增大,热稳定性有所增强。由维氏硬度曲线可知,热致晶化处理时,随着保温时间的延长,Mg65Cu25Y10块体非晶合金的维氏硬度值呈抛物线型增大并逐渐趋于稳定;不同温度下超声处理时,室温和160℃下10min内呈抛物线型增大,而120℃下呈直线型增大。部分晶化Mg65Cu25Y10块体非晶合金的DSC曲线较平滑,放热峰向高温区不同程度地偏移。