块体金属玻璃制备技术的研究进展

主要介绍了块体金属玻璃的连接技术、放电等离子烧结法和电磁振动法等制备块体金属玻璃的新技术手段。块体金属玻璃的连接技术包括激光焊、爆炸焊、电子束焊、熔融液相连接法和摩擦焊等。采用焊接的方法可将块体金属玻璃连接在一起,以形成大尺寸甚至超大尺寸的块体金属玻璃;放电等离子烧结可在很短时间内制备多孔、大尺寸和具有一定塑性的块体金属玻璃,在制备具有优异软磁性能的块体金属玻璃上也具有显著优势;电磁振动法可以有效抑制晶体形核,显著提高块体金属玻璃体系的玻璃形成能力,从而制备更大尺寸的块体金属玻璃。     

热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究进展

热喷涂技术可用于表面防护和强化,被大量应用到各行各业。由于热喷涂技术具有冷却速率很快的特点,满足形成非晶的基本条件,同时Fe基非晶合金具有耐磨耐腐蚀等优异的性能,所以用该技术制备得到的铁基非晶合金涂层性能优良,能给好多行业带来经济效益。将对等离子喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究进展进行综述。     

铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展

铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景,综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。首先,介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系,目前铝基非晶主要分为3大体系:二元、三元和多元体系,以及综合性能和形成能力2大方面,多元体系表现更佳,并逐渐向更多元化发展;其次,系统介绍了铝基非晶合金的制备方法,包括粉末状、薄带状、块体样品的制备,相较于非晶薄带的制备,块体和粉状的制备方法较为丰富,而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料;随后,详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势,从性能上来看,铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好,目前主要以涂层的形式参与应用,除此之外,研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究,由于玻璃形成能力的限制,作为结构材料的应用较少;最后,对其未来应用前景进行了展望,认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。     

超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状

非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。 然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料。为了充分利用其优异的性能和扩大其应用领域,众多学者对制备非晶合金涂层展开了广泛研究。以超音速火焰喷涂为代表的热喷涂技术由于具有加工工艺简单、热输入低、喷涂材料范围大、制备的涂层耐磨耐蚀性能好等优势成为了制备非晶合金的重要方式。目前,利用超音速火焰喷涂技术制备的非晶合金涂层主要有Fe基、Ni基和Mo基等。而在众多的非晶体系中,Fe基非晶合金涂层由于其优异的性能和低廉的成本受到了广泛关注。研究者们发现,制备性能优异的Fe基非晶合金涂层不仅需要合适的制备方法,同时合金系成分的合理选择以及制备过程中工艺参数的优化能够完善非晶合金本身的优良特性,保证非晶合金具有更好的非晶形成能力并提高涂层的质量及使用性能。 目前,通过超音速火焰喷涂的涂层孔隙度通常低于2%,在使用改进型空气超音速火焰喷涂系统后可以将涂层的孔隙度降低到0.3%以内,使得涂层更致密,减少涂层浸泡在腐蚀介质中由于孔隙造成的涂层破坏,延长涂层的使用寿命。另外,在深共晶规律、电子密度规律、热力学规律等经验规律的指导下,研究者们开发了很多成分多元的Fe基合金体系,使得制备的非晶合金涂层在耐磨耐蚀等性能上都有很大提升,例如七元合金体系中的Fe₄₀Cu₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂在干摩擦磨损实验中,磨损量仅为相同条件下45号钢的四分之一,说明其具有优异的耐磨性能;八元合金体系中的Fe₆₃Cr₈Mo3.5Ni₅P₁₀B₄C₄Si2.5在进行3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学腐蚀实验后,比相同条件下304不锈钢涂层表面的腐蚀坑更少、更小,拥有更好的抗腐蚀性能。 本文对超音速火焰喷涂Fe基非晶合金的研究现状进行了综述,归纳总结了合金化学成分和喷涂参数对Fe基非晶合金涂层摩擦学性能和耐蚀性能的影响。并对超音速火焰喷涂制备性能优异的Fe基非晶合金涂层的研究前景进行了展望。     

放电等离子烧结技术制备Fe78Si13B9块体非晶纳米晶磁性材料

通过高能球磨技术制备了Fe₇₈Si₁₃B₉磁性非晶合金粉体,采用XRD和DSC分析了Fe₇₈Si₁₃B₉非晶合金粉体的相组成、玻璃转变温度T_g、开始晶化温度 T_x 和晶化峰温度T_p;利用放电等离子烧结（SPS）技术在不同烧结温度下制备了块体磁性非晶纳米晶合金试样,利用XRD、SEM、Gleeble3500、VSM等分析了不同烧结温度下烧结块体试样的相转变特性、微观形貌、力学性能和磁学性能。结果表明,在500 MPa的烧结压力下,随着烧结温度的升高,烧结试样中的非晶相开始逐渐晶化,烧结试样的致密度、抗压强度、微观硬度、饱和磁化强度均显著提高;在500 MPa的烧结压力和823.15 K的烧结温度下,获得了密度为6.6 g/cm³,抗压强度为1500 MPa,饱和磁化强度为1.3864 T的非晶纳米晶磁性材料。     

铝基非晶材料研究与再制造应用前景

发现于20世纪60年代的铝基非晶合金作为一种低密度材料拥有着较高的比强度,而且与传统晶态材料相比,呈现出长程无序、短程有序的原子排列特点,其内部不存在晶界、位错等较易引发失效的缺陷结构,表现出高硬度和优异的防腐、耐磨等性能,受到了国内外众多学者的广泛关注.起初,这类材料由于受到制备工艺的限制,表现为非晶与纳米晶共存的结构.随着科技发展,科学家们开发了一系列具有完全非晶结构的铝基合金体系.这些材料在具有较高的机械强度的同时能够表现出良好的韧性,使人们对其非晶形成能力、制备方法及应用推广等方面产生了较大的兴趣.对铝基非晶合金非晶形成能力的研究,学者们通常基于块体非晶合金非晶形成能力的经验判据,以及其他一些新提出的判定方法,如蒸发焓、费米层电子态密度、原子扩散以及析出相熔点等.但是,由于铝基非晶合金过冷液相区间较窄以及Al元素化学活性较强,因此铝基非晶合金的非晶形成能力普遍较弱.虽然人们在元素种类及含量变化对铝基非晶合金非晶形成能力的影响等方面做了大量的研究工作,但是目前仍未形成具有普适性的或更加精确的铝基非晶形成能力判定方法,未来仍需借助高性能材料模拟计算和机器学习等技术来进行完善.铝基非晶合金非晶形成能力较弱,以及其对外界条件的影响较为敏感,导致其在制备过程中易发生晶化,从而使获得的材料尺寸维度普遍较低.目前,铝基非晶合金的常见制备方法可按照其形态(粉状、块体、涂层等)来进行划分.粉状铝基非晶合金的制备方法主要为气雾化法和机械合金化法;块体铝基非晶合金的制备方法主要为直接凝固法和粉末冶金法;涂层类铝基非晶合金的制备方法主要包括激光熔覆、爆炸喷涂、冷喷涂、超音速火焰喷涂和电弧喷涂.相对而言,铝基非晶涂层制备技术不会受到工件尺寸的限制,工艺简单、操作方便,且适合于户外大面积施工,在表面防护与再制造工程领域更具应用潜力.尤其是在大型舰船、飞机、海洋设施等高附加值零件的再制造领域里,铝基非晶涂层制备技术的大规模推广应用将会带来巨大的经济效益.本文介绍了铝基非晶合金的发展过程、非晶形成能力、制备方法等内容,总结了铝基非晶涂层在再制造领域的应用前景,并展望了铝基非晶合金的未来研究方向.     

铝基非晶合金的研究进展

Al基非晶合金及纳米Al基非晶合金材料发展十分迅速,具有广阔的应用前景。综述了Al基非晶合金的制备、形成机制、玻璃形成能力、过热熔体脆性和块体Al基非晶合金及纳米Al基非晶复合材料的制备与性能等热点问题。     

非晶合金零件成形技术研究进展

非晶合金作为一种结构不同于传统晶体金属、性能优异的新型材料一直是凝聚态物理学家和材料学家关注的热门领域。近几十年来,非晶合金的基础理论研究和制备工艺都取得了巨大进步,非晶合金作为一种极具应用前景的结构材料和功能材料,正在逐渐由实验室走向商业应用,推动科技发展。一种新材料想要最终走向商业应用,必须要有与之相适应的高生产率、低成本的零件成形技术。但是非晶合金的制备需要较快的冷却速率、高真空、高纯原料等苛刻条件,成本相对较高。同时非晶合金在室温下强度高、脆性大的特性使其难以机加工,热塑性成形时又极易发生晶化,难以成形大尺寸、复杂形状的零件,这严重限制了它的广泛应用。针对非晶合金的特点开发相应的零件成形技术成为学者们研究的重要课题。随着非晶成形能力较强的合金体系的出现,相应的非晶零件成形技术也得到了极大的发展。目前非晶合金的零件成形技术主要包括铸造成形、热塑性成形、焊接、粉末烧结、增材制造技术等,成形零件的尺寸极限跨及纳米至厘米尺度,复杂程度、制备和成形效率都得到大幅提升。但是每种成形技术都在成形效率、尺寸、性能、成本等方面有些许局限性,难以完全实现非晶合金零件的工业化生产和应用。本文简要综述了目前非晶合金铸造成形、热塑性成形、焊接、粉末烧结、增材制造技术的最新研究进展,分析了现有成形技术的优缺点及非晶合金成形的难点,最后指出外加能场复合、多种工艺复合的复合制造方式将是非晶合金零件成形技术未来发展的重要方向。     

非晶合金的相变韧塑化

块体非晶合金因其独特的原子结构而具有许多优异的力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一,但是由于其在变形过程中的室温脆性和应变软化等关键问题,一直制约其大规模工程应用。为解决此问题,块体非晶合金领域的研究者们提出了多种方案,其中利用"相变诱导塑性"概念制备块体非晶合金复合材料来韧塑化非晶合金成为卓有成效的方案之一,通过此方法成功地制备出同时具有拉伸塑性和加工硬化能力的非晶合金复合材料。然而,该类块体非晶合金复合材料要求的形成条件更严格,同时具有更复杂的多相协调变形过程和更独特的性能优化方案。从该类块体非晶合金复合材料的形成、性能特点、韧塑化机理及性能优化等方面进行综述,并对其未来发展进行了简要展望。     

合金化元素对铜基块状非晶合金性能影响的研究进展

铜基块状非晶合金由于其高导电、耐腐蚀及优异的力学性能和物理性能而备受人们的关注。本文综述了Cu基块状非晶合金材料的主要改进方法及其研究进展,重点介绍了合金化元素对Cu基块状非晶合金的物理化学性能的影响,最后展望了Cu基块状非晶合金的发展前景。     

A novel route for preparing binary Sm–Co bulk amorphous alloys

A novel route for preparing binary amorphous alloy was proposed using Sm–Co system as an example. The alloy ingots with given compositions were used as the parent material. The amorphous intermetallic powder obtained by ball milling the parent alloy was consolidated by the high-pressure spark plasma sintering. The bulk amorphous alloy was detected and confirmed by X-ray diffraction, differential scanning calorimetry and transmission electron microscopy. The present route is potentially applicable to prepare a variety of binary and multicomponent bulk amorphous alloys with adjustable compositions.     

Densification Behavior and Wear Response of Spark Plasma Sintered Iron‐Based Bulk Amorphous Alloys

In the present study, spark plasma sintering (SPS) process is used to sinter Fe‐based bulk amorphous alloys from starting amorphous powder. The sintering was performed in supercooled liquid region (at 630 °C with uniaxial pressure of 70 MPa) where plastic flow of the amorphous powder results in better densification without crystallization. To study the crystallization behavior and its influence on mechanical behavior, the sintered discs were de‐vitrified by annealing at 700 and 800 °C. Detailed characterization of phase development, microhardness at different loads, and wear behavior of the as‐sintered and annealed alloys is presented.     

放电等离子烧结Ti-Al系金属间化合物

用机械合金化法(MA)制备了Ti-45% Al纳米晶合金粉末,并对其进行放电等离子烧结(SPS),烧结时间仅为5min.用D-maxIIA型X射线衍射仪、JEM-2000EX型透射电子显微镜对粉末和烧结块体的微观组织及机械性能进行了研究.研究表明:Ti和Al的粉末随着球磨时间的延长,粉末有明显的细化趋势,球磨5h即有非晶产生,球磨20h后得到接近完全非晶相;采用SPS烧结技术,在1200℃下能够制备出较高硬度的TiAl金属间化合物块体材料.     

基于制备钨钼复合靶材的SPS烧结连接EI北大核心CSCD

采用放电等离子烧结(SPS)制备钨(W)和钛锆钼(TZM)连接件。通过高能球磨和调节温度烧结出高致密度纯W块体,相对密度可达97.0%以上。在制备的纯W块体表面铺置TZM合金粉末,烧结TZM的同时对W和TZM进行连接,实现了异种金属块体与粉末的一步烧结连接。研究烧结温度和降温速率对W/TZM合金接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明:W与TZM结合良好,烧结温度在1400~1600℃范围内时,W/TZM接头的剪切强度随烧结温度的升高而增大;在相同烧结温度下,采用快速冷却方式获得的接头剪切强度高于缓慢冷却接头的;当烧结温度为1600℃并采取快速冷却降温时,W/TZM接头的剪切强度达到最大,为159.7 MPa。     

Processing and Mechanism of Dynamic Friction Polishing Diamond Using Manganese-Based Alloy

Chemical vapor deposition (CVD) diamond film has high heat resistance, high thermal stability, and other excellent properties as nature single-crystalline diamond. The surface polishing, large size planarization, and high material removal rate of CVD diamond film are limited due to its special crystal structure and excellent physicochemical characteristics. Dynamic friction polishing (DFP) technology is a new and effective polishing method of diamond. In this paper, according to the theory of graphitization of diamond catalyzed by unpaired d electrons, two manganese-based alloys, Mn–Cu and Mn–Ni, are selected as polishing materials to achieve high quality and high efficiency polishing of diamond and verify the mechanism of DFP. Alloying polishing plates were prepared by mechanical alloying method and spark plasma sintering technology. The polishing results of Mn–Cu and Mn–Ni alloys were compared and analyzed through DFP experiments. The experimental results showed that since Mn–Ni alloy has more unpaired d electrons than Mn–Cu alloy, Mn–Ni alloy was more likely to form vacant rails and showed a higher material removal rate of CVD diamond film. The addition of Cu decreased the wear of polishing plate with the help of its lubrication action.     

大块非晶合金的研究动态及应用前景

综述了大块非晶合金的各种制备方法、性能特点及应用前景,主要介绍了国内外该领域主要的研究进展和研究动态。着重介绍了具有极大非晶形成能力的Zr基、Cu基大块非晶合金,它们都能在较低的冷却速率（1K／s左右）下用铜模铸造法制备,具有高的强度、高耐腐蚀性和优异的加工成型性能。     

Fe基非晶合金粉末的研究进展

非晶合金粉末是指快冷雾化合金液滴所制得的合金粉末,其中Fe基非晶合金粉末因具有生产成本低廉和应用前景广阔等优势,一直备受青睐。同时,Fe基非晶合金粉末的应用也为块体Fe基非晶合金应用难的问题提供了一条崭新的途径。本文综述了Fe基非晶合金粉末的研究进展,对其在涂层制备、磁性材料、激光3D打印、废水处理4个方面的研究现状进行了归纳分类与总结,并分析了Fe基非晶合金粉末在各领域的应用优势。最后指出Fe基非晶合金粉末在制备高质量涂层、老化磁性粉末再利用及增材制造领域的研究方向,并展望了作为传感、控制等功能性器件的应用前景。此外,在薄膜等小尺寸、低维材料及柔性电子领域也展现出巨大的应用潜力。     

Microstructure and mechanical properties of ultra-fine grained MoNbTaTiV refractory high-entropy alloy fabricated by spark plasma sintering

The MoNbTaTiV refractory high-entropy alloy(RHEA) with ultra-fine grains and homogeneous microstructure was successfully fabricated by mechanical alloying(MA) and spark plasma sintering(SPS).The microstructural evolutions,mechanical properties and strengthening mechanisms of the alloys were systematically investigated.The nanocrystalline mechanically alloyed powders with simple bodycentered cubic(BCC) phase were obtained after 40 h MA process.Afterward,the powders were sintered using SPS in the temperature range from 1500 ℃ to 1700 ℃.The bulk alloys were consisted of submicron scale BCC matrix and face-centered cubic(FCC) precipitation phases.The bulk alloy sintered at 1600℃ had an average grain size of 0.58 μm and an FCC precipitation phase of 0.18 μm,exhibiting outstanding micro-hardness of 542 HV,compressive yield strength of 2208 MPa,fracture strength of 3238 MPa and acceptable plastic strain of 24.9% at room temperature.The enhanced mechanical properties of the MoNbTaTiV RHEA fabricated by MA and SPS were mainly attributed to the grain boundary strengthening and the interstitial solid solution strengthening.It is expectable that the MA and SPS processes are the promising methods to synthesize ultra-fine grains and homogenous microstructural RHEA with excellent mechanical properties.     

Ti-Al-Al2O3纳米粉体的机械活化-放电等离子烧结

TiAl基合金是很有发展潜力的高温结构材料,为实现快速高效制备此材料,采用新型的机械活化-放电等离子烧结(MA-SPS)制备纳米材料的有效方法,原位制备Ti-Al金属间化合物Ti-47%Al-10%Al2O3(Al为原子分数,Al2O3为质量分数)材料.介绍了放电等离子烧结这种新兴的纳米固体材料制备技术的特点,结合Ti-Al基合金的具体制备工艺,对MA-SPS的特征予以详细分析研究.通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析,经机械球磨活化后,得到晶粒度小于24 nm的纳米单质元素粉体,为后续原位烧结提供合适的烧结原料.其中添加的Al2O3起到细化晶粒、促进纳米化和机械活化、提高出粉率等作用.纳米粉体在合适的参数下经放电等离子烧结后,可得到致密度达98.7%的(TiAl Ti3Al)理想双相组织,其成分的晶粒度小于91 nm,成为纳米固体材料.