Zr-Al-Co块状非晶的成分优化

运用等电子浓度和变电子浓度线判据实现了Zr—Al—Co块状非晶合金的成分优化．在(Al50Co50)-Zr等电子浓度线(e／α=1．5)和(Zr9Co4)—Al及(Zr78．5Co21．5)—Al变电子浓度线上设计成分，并通过吸铸法制备块状合金．实验结果表明，在(Al50Co50)—Zr等电子浓度线和(Zr9Co4)—Al变电子浓度线上可形成块状非晶合金，且非晶合金的热稳定性与非晶形成能力随电子浓度的增大而单调递增．其中，(Al50Co50)-Zr等电子浓度线和(Zr9Co4)—Al变电子浓度线交点处形成的Zr53Al23．5Co23．5非晶合金，具有最大的热稳定性和非晶形成能力，特征热力学参数Tg=783K，Tx=849K，Tg／Tm=0．637，Tg／Ti=0．590。     

Cu-Zr-Nb系铜基块体非晶合金的形成

Cu8Zr3和Cu10Zr7相中存在Cu8Zr5和Cu6Zr5团簇结构,它们与Cu-Zr系的两个深共晶点Cu61.8Zr38.2和Cu56Zr44对应. Cu64Zr36是Cu-Zr二元系具有最大玻璃形成能力的成分点.依据形成块体非晶的＂变电子浓度线判据＂,以Cu64Zr36,Cu61.8Zr38.2和Cu56Zr44 3个二元成分为出发点,以Nb元素为第三组元,建立变电子浓度线（Cu64Zr36）100-xNbx,（Cu61.8Zr38.2）100-xNbx和（Cu56Zr44）100-xNbx.采用分步熔炼法,由铜模吸铸法制备直径为3 mm的合金棒.块体非晶的玻璃形成区及玻璃形成能力由XRD和热分析确定.结果表明,添加少量Nb（原子分数,x≤3）可以显著提高Cu-Zr二元系的玻璃形成能力.具有最大Tg/Ti值（0.626）的成分Cu60.3Zr37.2Nb2.5位于具有Cu8Zr5团簇和最深共晶点的Cu61.8Zr38.2向第三组元Nb的连线上.结合Cu-Zr二元体系的团簇结构讨论了Cu-Zr-Nb系块体非晶的形成.     

Cu模吸铸法制备Cu-基块体非晶合金

采用磁悬浮熔炼和Cu模吸铸工艺成功制备了圆棒Cu50Zr42Al8块体非晶合金，试样表面平滑且具有典型的金属光泽。试验制备的圆棒Cu50Zr42Al8块体非晶合金的直径尺寸小于Ф5mm，该成分的块体非晶合金具有较强的非晶形成能力，其玻璃转变温度Tg=723K，晶化温度t=773K，过冷度△T=50K，约化玻璃转变温度Trg=0.753。     

Cu-Zr-Al-Ti块体非晶合金的成分设计与晶化研究

在三元Cu-Zr-Al非晶合金的基础上,通过运用等电子浓度和等原子尺寸成分设计规则来引入第四组元Ti,将合金系拓展到Cu-Zr-Al-Ti四元合金体系,并在该四元系的等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上进行成分设计。对设计的合金成分采用铜模吸铸法得到直径为3 mm的棒状样品。对铸态样品微观组织的分析表明:在设计的六个合金成分中有两个成分(即:Cu58Zr33Al6 Ti3和Cu56.9 Zr31.5 Al5.6 Ti6)可以形成块体非晶合金。示差扫描量热(DSC)分析的结果表明:Cu58 Zr33 Al6 Ti3的非晶形成能力(GFA)大于Cu56.9Zr31.5Al5.6Ti6和基础成分Cu58.1Zr35.9Al6的GFA。采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对块体非晶合金Cu58Zr33Al6Ti3的晶化过程进行了研究。结果表明,Cu58Zr33Al6Ti3块体非晶合金的晶化分两个阶段进行:合金的初始晶化主要是对应着Cu10Zr7相的析出;而晶化的第二阶段是Cu10Zr7、Cu8Zr3和AlCu2Zr(Ti)三个相同时析出。对非晶合金在等温退火过程中组织结构转变进行了分析和讨论。     

Zr-Al-Ni-Fe块体非晶合金的成分设计与优化

以等电子浓度和等原子尺寸为判据,以Zr-Al-Ni-Fe合金系为研究体系,设计并制备了7种电子浓度和平均原子尺寸相等但成分不同的系列块体合金.XRD结果表明,只有靠近Zr-Al-Ni三元系的4个合金得到块体非晶;DSC和DTA结果表明,这4个合金中的最佳成分,即具有最高玻璃形成能力和最好热稳定性的合金是Zr60 7Al15.5Ni15.5Fe8.3,其特征热力学参数Tg=710 K,Tx=770 K,△Tx=60 K,Tg/Tm=0.607,Tg/Tl=0.552.     

Ag和Fe元素添加对Cu-Zr-Al系非晶形成能力和力学性能的影响

以Cu-Zr-Al三元系为基础,研究Ag和Fe合金组元添加对块体金属玻璃(BMG)及BMG基复合材料的非晶形成能力和力学性能的影响.在Cu-Zr-Al三元合金体系中,Cu50Zr42Al8系BMG的△Tx=61 K,Trg=0.624,γ=0.416.适量添加Ag元素能显著地提高非晶形成能力:在Cu-Zr-Al-Ag四元合金体系中,Cu43Zr45Al8Ag4、Cu45Zr42Al8Ag5、Cu40Zr44Al10Ag6、Cu43Zr41Al8A98和Cu36Zr48Al8Ag8的Trg分别为0.618、0.625、0.618、0.628和0.598,γ值分别为0.424、0.427、0.424、0.432和0.433,△TX分别为77、76、78、84和108 K.在(Cu0.36Zr0.48-Al0.08Ag0.08)100-XFex(x-=0,3,5,10,15,20)五元体系中,Fe的添加明显影响合金的非晶形成能力;尽管△TX和Trg呈下降趋势,但(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)97Fe3块体非晶合金仍具有较高的非晶形成能力,其△TX=103 K,Trg=566,γ=0.424:Fe的适量加入可显著提高合金的力学性能,其中(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)95Fe5合金的强度和塑性应变分别提高至2 249 MPa和4.9%.Fe元素的存在导致Cu36Zr48Al8Ag8合金中产生明显的相分离,使(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)100-xFex合金得到增强增韧.     

Ti-Zr-Ni-Cu非晶系的等电子浓度特征

以准晶成分Ti40Zr40Ni20为基准，在Ti—Zr-Ni-Cu系中设计出电子浓度为1.200和原子尺寸为0．1474nm的系列合金，并用铜模吸铸法制备直径为3mm的合金棒试样．结果表明，Ti12Zr55Ni13Cu20成分附近可形成块体非晶合金，而Ti3Zr60Ni12Cu25和Zr60Ni10Cu30成分点上形成了单一的四方Zr2Cu型非晶相关相．准晶、块体非晶合金和Zr2Cu相是具有相同电子浓度的电子化合物，它们在成分图上表现出鲜明的等电子浓度特征，表明块体非晶合金的等电子浓度判据适用于Ti-Zr-Ni-Cu非晶系．二十面体与截角八面体间的结构关联可作为准晶或非晶合金多型性转变成Zr2Cu相的结构模型．     

添加微量Fe对Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体金属玻璃非晶形成能力和力学性能的影响(英文)

通过磁悬浮熔炼和铜模吸铸法制备直径3mm的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)100-xFex(x=0,1,2,3,4)合金试样,研究Fe元素的微量添加对Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃非晶形成能力和力学性能的影响。研究表明,合理添加Fe元素(不超过3%,摩尔分数)导致约化玻璃转变温度Trg(=Tg/Tl)和参数γ(=Tx/(Tg+Tl))增大,因而其非晶形成能力增大,但添加过量的Fe元素(4%)会导致其非晶形成能力的降低。添加Fe元素也会显著地改善Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃的压缩塑性及提高其压缩断裂强度,当Fe元素的添加量为2%时,直径3mm、长度6mm的试样在压缩时出现一定的塑性及加工硬化现象。Fe元素添加量为4%形成的金属玻璃基复合材料,同样也显示良好的压缩塑性和高的压缩断裂强度。     

Ni-Ti-Zr-Al-Cu-Si块体非晶合金的形成及压缩性能

利用DSC，DTA，XRD研究了NiTiZrAlCuSi块体非晶合金的形成。采用铜模铸造工艺使块体金属玻璃最大直径从Ni42Ti25Zr25Al8合金的小于0．5mm增加到Ni42Ti20Zr25Al8Cu5的1mm，然后增加到Ni42Ti20Zr21.5Al8Cu5Si3.5合金的4mm。在Ni42Ti20Zr21.5Al8Cu5Si3.5和Ni42Ti20Zr20.5Al8Cu5Si4.5合金中获得最大的约化玻璃转变温度Trg（=Tg／T1）及最大的过冷液相区△Tx（=Tx-Tg），分别为0．570和93K。Si显著增加玻璃形成能力主要是抑制引起异质形核的Ni（TiZr）相和（TiZr）（CuAl）2相的形成。室温压缩实验表明：Ni42Ti20Zr21.5Al8Cu5Si3.5合金抗压断裂强度为2724MPa。     

ZrCuAlSi大块非晶合金形成及力学性能

通过铜模铸造法制备(Zr47Cu44Al9)100-xSix(x=0,0.5,1.5,2.5)大块非晶合金.利用差热分析、X射线衍射、显微硬度和室温压缩试验.研究分析添加Si元素对Zr47Cu44Al9合金非晶形成能力、热稳定性及力学性能的影响.结果表明,适量Si的加入能显著提高非晶合金的热稳定性,当Si的加入量为1.5时,合金具有最大的非晶形成能力,其纯非晶试样的临界尺寸由Zr47Cu44Al9的4 mm增大到(Zr47Cu44Al9)98.5Si1.5的6 mm.Si提高非晶形成能力的原因主要是抑制了引起异质形核的CuZr相的形成与析出.力学性能实验显示,显微硬度(Hv)随Si的加入由Zr47Cu44Al9合金的5850MPa增呔到(Zr47Cu44Al9)98.5Si1.5合金的6220 MPa,(Zr47Cu44Al9)98.5Si1.5合金的断裂强度为1862 MPa.     

Effects of rare-earth elements on the glass-forming ability and mechanical properties of Cu46Zr47-xAl7Mx (M = Ce, Pr, Tb, and Gd) bulk metallic glasses

Cu46Zr47-xAl7Mx(M = Ce,Pr,Tb,and Gd) bulk metallic glassy(BMG) alloys were prepared by copper-mold vacuum suction casting.The effects of rare-earth elements on the glass-forming ability(GFA),thermal stability,and mechanical properties of Cu46Zr47-xAl7Mx were investigated.The GFA of Cu46Zr47-xAl7Mx(M = Ce,Pr) alloys is dependent on the content of Ce and Pr,and the optimal content is 4.at %.Cu46Zr47-xAl7Tbx(x = 2,4,and 5) amorphous alloys with a diameter of 5 mm can be prepared.The GFA of Cu46Zr47-xAl7Gdx(x = 2,4,and 5) increases with increasing Gd.Tx and Tp of all decrease.Tg is dependent on the rare-earth element and its content.△Tx for most of these alloys decreases except the Cu46Zr42Al7Gd5 alloy.The activation energies △Eg,△Ex,and △Ep for the Cu46Zr42Al7Gd5 BMG alloy with Kissinger equations are 340.7,211.3,and 211.3 kJ/mol,respectively.These values with Ozawa equations are 334.8,210.3,and 210.3 kJ/mol,respectively.The Cu46Zr45Al7Tb2 alloy presents the highest microhardness,Hv 590,while the Cu46Zr43Al7Pr4 alloy presents the least,Hv 479.The compressive strength(σc.f.) of the Cu46Zr43Al7Gd4 BMG alloy is higher than that of the Cu46Zr43Al7Tb4 BMG alloy.     

四种块体非晶合金在过冷液相区内的微成形能力

采用Si模制作的V型槽微压印实验评价了4种具有不同脆度的块体非晶合金(Pd40Cu30Ni10P20,Zr65Cu15Al10Ni10,Cu46Zr42Al7Y5,Zr58.5Cu15.6Al10.3Ni12.8Nb2.8)在过冷液相区内的微成形能力.结果表明,尽管不同的BMG表现出不同的表观粘度,但在相同的应变条件下,各种BMG却呈现出相似的充型面积,这表明它们具有相似的微成形能力.这一结果源于在本实验条件下(成形温度T=1.07Tg,应变率(ε)=2×10-3s-1),各BMG均遵循相同的牛顿流变机制.最后,通过有限元模拟验证了这一结论.     

具有低脆性参数的Zr-Al-Ni-Cu玻璃形成合金

采用铜模铸造法制备出一系列Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金,其脆性参数值分别采用Arrhenius和Vogel-Fulcher-Tammann （VFT）方法进行计算。结果表明,这些非晶合金具有低的脆性参数值,其原因可能与网络状的微观结构有关。另外,Zr-Al-Ni-Cu合金的脆性参数值可以通过Zr含量进行调整,当Zr含量接近54%（摩尔分数）时,Zr-Al-Ni-Cu合金,即Zr 54 Al 13 Cu 18 Ni 15合金的脆性参数值最小,约为13。     

Zr–(Cu,Ag)–Al bulk metallic glasses

In this paper, we report the formation of a series Zr–(Cu,Ag)–Al bulk metallic glasses (BMGs) with diameters at least 20 mm and demonstrate the formation of about 25 g amorphous metallic ingots in a wide Zr–(Cu,Ag)–Al composition range using a conventional arc-melting machine. The origin of high glass-forming ability (GFA) of the Zr–(Cu,Ag)–Al alloy system has been investigated from the structural, thermodynamic and kinetic points of view. The high GFA of the Zr–(Cu,Ag)–Al system is attributed to denser local atomic packing and the smaller difference in Gibbs free energy between amorphous and crystalline phases. The thermal, mechanical and corrosion properties, as well as elastic constants for the newly developed Zr–(Cu,Ag)–Al BMGs, are also presented. These newly developed Ni-free Zr–(Cu,Ag)–Al BMGs exhibit excellent combined properties: strong GFA, high strength, high compressive plasticity, cheap and non-toxic raw materials and biocompatible property, as compared with other BMGs, leading to their potential industrial applications.     

Zr_(47)Cu_(44)Al_9大块非晶合金的制备及其力学性能

利用电弧炉制备一系列(Zr_(51.6)Cu_(48.4))_(100-x)Al_x(x=6.0～10.0, 摩尔分数,%)大块非晶合金,利用示差扫描量热仪、X射线衍射仪和金相显微镜研究Al的含量对其非晶形成能力的影响.结果表明:当铝的含量为9.0%时,合金具有最优的非晶形成能力.适量铝的加入不仅能够抑制初生相CuZr的析出,而且还能有效地抑制其长大.临界冷却速率的经验公式计算结果显示该合金的临界冷却速率为10 K/s,室温压缩力学性能显示其断裂强度为1.9 GPa,且有0.5%的塑性变形,式为韧性剪切断裂.     

Microstructure and mechanical properties of Zr-Cu-Al bulk metallic glasses

Zr49Cu46Al5 and Zr48.5Cu46.5Al5 bulk metallic glasses（BMGs） with diameter of 5 mm were prepared through water-cooled copper mold casting. The phase structures of the two alloys were identified by X-ray diffractometry（XRD）. The thermal stability was examined by differential scanning calorimetry（DSC）. Zr49Cu46Al5 alloy shows a glass transition temperature, Tg, of about 689 K, an crystallization temperature, Tx, of about 736 K. The Zr48.5Cu46.5Al5 alloy shows no obvious exothermic peak. The microstructure of the as-cast alloys was analyzed by transmission electron microscopy（TEM）. The aggregations of CuZr and CuZr2 nanocrystals with grain size of about 20 nm are observed in Zr49Cu46Al5 nanocrystalline composite, while the Zr48.5Cu46,5Al5 alloy containing many CuZr martensite plates is crystallized seriously. Mechanical properties of bulk Zr49Cu46Al5 nanocrystalline composite and Zr48.5Cu46.5Al5 alloy measured by compression tests at room temperature show that the work hardening ability of Zr48.5Cu46.5A15 alloy is larger than that of Zr49Cu46Al5 alloy.     

Stable flowing of localized shear bands in soft bulk metallic glasses

This paper reports a novel class of Zr–Cu–Fe–Al bulk metallic glasses (BMGs) with high Zr content and unusual deformation behavior. Higher content of Zr results in lower hardness, but favors the generation of highly localized shear bands, even if nanocrystalline phases precipitate in the glassy matrix. Moreover, flow of the dominant shear band proceeds slowly under compressive stress without rapid shear rupture and facture. The unusual deformation behavior suggests that designing BMG with a high content of solvent element and low hardness might be a promising new way of developing ductile BMG.