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锆基块体非晶复合材料的制备及力学性能研究
摘要：
本研究以锆基块体和非晶态合金为原料，利用真空熔炼、球磨和等温热挤压等方法，制备了锆基块体非晶复合材料，并对其力学性能进行了研究。结果表明，在经过适当的热处理后，复合材料的综合力学性能达到了最优值，其应力-应变曲线表现为典型的塑性行为，断裂韧性和延展性得到了明显提高。同时，复合材料中非晶相的存在不仅能够有效防止锆基块体的晶条化现象，还能明显提高其抗氧化性能和耐磨性能，具有广泛的应用前景。
关键词：锆基块体；非晶态合金；复合材料；力学性能；热处理
1.引言
随着科学技术的不断发展，新材料的研究和应用已经成为了人类发展的一个重要方向。锆基材料具有高强度、高韧性、耐腐蚀等优点，在核工业、航空航天和汽车制造等领域得到了广泛的应用。然而，锆基材料仍然存在一些不足之处，如易晶条化、氧化等问题，限制了其在高强度、高温、复杂环境下的使用。非晶态合金则具有良好的防晶条化、耐腐蚀、高硬度等优异性能，但其力学性能较差，适用范围受到限制。通过将锆基材料与非晶态合金复合制备而成的锆基块体非晶复合材料能够综合利用两者的优点，具有重要的理论和应用价值。因此，本研究旨在通过实验研究，探究锆基块体非晶复合材料的制备方法及其力学性能，并为相关领域提供理论和实践支持。
2.实验方法
2.1原料准备
所用锆基块体材料的化学组成为Zr-2.5Nb-0.5Cu-0.2Fe（重量分数，%），非晶态合金材料为Zr-Ti-Cu-Be系列材料，在纯氩气下真空熔炼得到。球磨采用不锈钢球进行，热压采用等温热挤压法。
2.2制备过程
将锆基块体材料和非晶态合金材料在真空熔炼炉中加热至液态，搅拌均匀后浇铸成坯料；将坯料进行球磨处理，得到粉末；将粉末填充到坯模中，进行等温热挤压成型；最后将样品进行适当的热处理，得到锆基块体非晶复合材料。
2.3晶化行为研究
采用X射线衍射仪测试样品的晶化行为。
2.4力学性能测试
采用万能试验机测试样品的拉伸和压缩性能，并观察材料的微观变形结构。
3.结果与分析
3.1组织结构
对制备好的锆基块体非晶复合材料进行X射线衍射分析，发现样品中存在非晶相和晶相两种结构。随着热处理温度的升高，非晶相的比例逐渐降低，晶相的比例逐渐升高，表明晶化现象已经发生。
3.2力学性能
通过拉伸和压缩测试，得到了锆基块体非晶复合材料的应力-应变曲线，并计算出其机械性能参数。结果表明，经过适当的热处理后，复合材料的综合力学性能达到了最优值。在压缩测试中，复合材料的流动应力处于锆基块体材料和非晶态合金材料的中间值，表明两者间的相互作用较为明显。在拉伸测试中，样品表现出典型的塑性行为，断口形貌为韧突型。与单纯的锆基材料相比，复合材料在延展性和断裂韧性方面得到了明显提高。
3.3微观结构
通过扫描电镜观察样品的微观结构，发现非晶相在锆基块体中发生了混合分布，非晶相在晶界处形成了纳米弥散态。这种混合分布结构可以有效防止锆基块体的晶条化现象，提高材料的抗氧化性能和耐磨性能。
4.结论
本研究采用真空熔炼、球磨和等温热挤压等方法，制备了锆基块体非晶复合材料，并对其力学性能进行了研究。通过实验结果表明，适当的热处理可以使复合材料的综合力学性能达到最优值。复合材料中非晶相的存在可以有效防止锆基块体的晶条化现象，还能提高其抗氧化性能和耐磨性能。因此，锆基块体非晶复合材料具有广泛的应用前景，在核工业、航空航天和汽车制造等领域具有很大的发展潜力。