Structure and Properties of Mg-Cu-(Y,Ca) Bulk Metallic Glasses

The work presents preparation methods, structure characterization and mechanical properties analysis of Mg-based bulk metallic glasses in as-cast state and after crystallization process. The studies were performed on Mg₆₀Cu₃₀Y₁₀ and Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇ glassy alloys in the form of plates and rods. The X-ray diffraction investigations revealed that the tested samples with different thicknesses and shapes were amorphous. The characteristics of the fractured surfaces showed mixed fractures with the “river” and “mirror” patterns, which are characteristic for the glassy materials and some “smooth” areas. The samples of Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇ alloy presented a two-stage crystallization process, but addition of Y caused a single stage crystallization behavior. Qualitative phase analysis from the X-ray data of examined alloys annealed at 473 K enabled the identification of Mg, Mg₂Cu, Cu₂Mg and CaCu crystalline phases. The changes of compressive strength as a function of annealing temperature for studied rods were stated. The best mechanical properties including microhardness and compressive strength were obtained for the alloy with the addition of Y in as-cast state.

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i wybranych własności masywnych szkieł metalicznych na osnowie magnezu. Badania przeprowadzono na próbkach w stanie wyjściowym oraz po procesie wygrzewania. Do badań wybrano dwa trójskładnikowe stopy magnezu z dodatkiem itru lub wapnia o następującym składzie chemicznym:Mg₆₀Cu₃₀Y₁₀ oraz Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇. Badania rentgenowskie potwierdziły, że analizowane próbki w postaci płytek i prętów posiadają strukturę amorficzną. Obserwacje mikroskopowe wybranych obszarów powierzchni przełomów płytek i prętów pozwoliły na wyodrębnienie stref o morfologii przełomów „gładkich” i „łuskowych”. Analiza procesu krystalizacji wykazała występowanie pojedynczego etapu krystalizacji dla szkła metalicznego Mg₆₀Cu₃₀Y₁₀ związanego z wydzielaniem się fazy Mg₂Cu oraz dwuetapowego procesu krystalizacji dla stopu Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇, w którym zidentyfikowano fazę Cu₂Mg i CaCu. Największą wytrzymałość na ściskanie oraz mikrotwardość uzyskano dla próbek szkła metalicznego z dodatkiem itru w stanie bezpośrednio po odlaniu.