块体非晶合金的超塑扩散连接中的界面形成机制及其界面强度研究

块体非晶合金在过冷液相区中通常会表现出超塑性,将这一特性与扩散连接相结合,可实现块体非晶合金在过冷液相区的超塑变形/扩散连接(SPF/DB),这对促进非晶合金的实用化,发挥非晶合金的性能优势具有重要的意义。本申请项目拟以Cu基块体非晶合金作为研究对象，在过冷液相区中对Cu基块体非晶合金以及与晶态合金进行超塑变形扩散连接，研究其超塑变形对扩散连接界面形成机制及界面组织的影响；深入理解超塑变形条件下，块体非晶合金在过冷液相区的原子扩散动力学及其扩散机理；并研究在不同超塑扩散连接下得到的界面显微组织与界面结合强度的关系，建立起超塑扩散连接工艺-连接界面结构-界面结合强度之间的关系；在深入认识块体非晶合金在超塑扩散连接中界面形成机理及其与界面结合强度关系的基础上，建立块体非晶合金超塑扩散连接的理论模型，最终实现块体非晶态合金间及其与晶态合金间的高质量固态连接。

块体非晶合金在过冷液相区中通常会表现出超塑性，将这一特性与扩散连接相结合，可实现块体非晶合金在过冷液相区的超塑变形/扩散连接(SPF/DB)，这对促进非晶合金的实用化，发挥非晶合金的性能优势具有重要的意义。本项目采用电弧熔炼水冷模吸铸的方法制备了Cu-基和Zr基快体非晶，系统研究了非晶合金室温及在过冷液相区中的变形机理，建立了非晶合金在不同温度和应变速率下的变形机制图，同时研究了Cu基和Zr基非晶合金在过冷液相区中超塑变形过程中的组织稳定性，开展了在过冷液相区中，合金元素在非晶合金扩散机理的研究，在此基础上研究了Cu基非晶和Zr基非晶在过冷液相区的超塑变形扩散连接及其机理，以及非晶合金与晶态合金的超塑扩散连接。研究结果表明，变形温度和应变速率对非晶合金的变形模式会产生重要影响，在673K，应变速率为低于2x10-3s-1, 740K和750K应变速率为低于2.5×10-3 s-1的条件下，分别可实现Zr基和Cu基非晶合金的超塑变形； 在Cu基非晶合金过冷液相区中，Cu原子在不同温度下块体非晶扩散行为遵循Arrhenius关系，Cu原子在Cu46Zr46Al8非晶中扩散的激活能为518kJ/mol，而在其晶体的扩散激活能为364kJ/mol，且Cu原子在Cu46Zr46Al8晶体中的扩散系数比在非晶中的扩散系数大，而扩散激活能比在非晶中的小，说明Cu原子在Cu46Zr46Al8晶体中更容易扩散，在此基础上对Cu基和Zr基非晶超塑扩散连接性能进行了研究，在连接压力200MPa连接温度为480℃，连接时间为3小时，实现了Cu基非晶间的超塑扩散连接。在深刻理解非晶合金超塑扩散连接机理的基础上，并考虑非晶合金在过冷液相区的变形过程中的组织稳定性，建立了适合非晶合金超塑扩散模型，得到了扩散连接时间与界面结合率的方程，将该模型应用于Cu基非晶和Zr基非晶的超塑扩散连接，得到了达到完全冶金结合的温度-时间曲线，预测结果与实验结果相一致。同时探讨了非晶合金与晶态合金的超塑扩散连接，利用激光快凝技术在钛合金表面成功地制备出了Zr基非晶合金层，并在Zr基非晶合金过冷液相区中实现了Zr基非晶与纯铜的超塑扩散连接。通过上述研究，已在JAP, Mater. Chem. and Phys., PRB等刊物上发表论文20篇，培养硕士6名，博士2名，按计划完成了本项目的研究工作，达到了预期目标。