非晶合金纳米晶化的研究进展

纳米晶材料是目前材料科学与工程领域中最具吸引力的材料之一。而非晶合金晶化法是纳米晶材料的主要制备方法之一。本文综述了国内外非晶合金纳米晶化的主要方法和研究动态，包括热致晶化、电致晶化、机械晶化和高压晶化等。并对各种方法的原理、特点、存在的问题以及最新进展进行了述评。同时介绍了清华大学在大块非晶合金高强脉冲电流晶化研究中取得的进展。     

超薄FeBNbCu纳米晶合金的磁性

超薄ＦｅＢＮｂＣｕ纳米晶合金的磁性Ｆｅ基纳米晶合金具有比非品合金更加优越的软磁性能和高的饱和磁化强度，因而受到人们的很大关注。研究了超薄ＦｅＢＮｂＣｕ纳米品合金的高频磁性和表面绝缘涂层的影响，从而开发适合于高频ＭＨＺ范围应用的新型铁芯材料。利用单辊熔...     

纳米晶合金热稳定性的熵调控设计

具有纳米尺度晶粒的纳米晶合金由于具有高强度和高硬度而成为材料领域的关注热点,然而,由于晶界占比高,纳米晶合金的热稳定性差,严重制约了在高温甚至室温下的应用。近年来,纳米晶高熵合金由于显著的高熵效应而展现出特殊性能,这一效应同时能在一定程度上缓解纳米晶在较高温度下的低热稳定性问题。本文通过对纳米晶合金常用的热稳定策略和相关研究进展的分析与归纳,探讨从熵调控的角度利用多组元的高熵效应设计的具有高热稳定性的纳米晶高熵合金的稳定机理和力学性能。已有研究结果表明,纳米晶高熵合金有望拓宽纳米晶合金的领域,同时可为突破纳米晶合金低热稳定性瓶颈提供新的思路。     

纳米晶Cu_30Al_70合金的形成及其催化活性

本文利用机械球磨的方法将工业上广泛应用的传统的ＲａｎｅｙＣｕ催化剂的前体Ｃｕ３０Ａｌ７０合金制成了纳米晶合金催化材料，并研究了它在木糖加氢反应中的催化活性．结果表明，制成的纳米晶合金ＣｕＡｌ２相的平均晶粒尺寸为１２ｎｍ，球料比和球磨时间极大地影响形成的纳米晶Ｃｕ３０Ａｌ７０合金的晶粒尺寸，纳米晶Ｃｕ３０Ａｌ７０合金组织较均匀，元素分布均匀，活化后的催化剂具有较高的催化活性．     

表面纳米化处理对铝、镁合金性能的影响

铝镁及其合金具有较高的比强度和比刚度,还有优良的塑性及拉伸性能。在对铝镁合金表面进行喷丸处理后,位于表面的粗晶组织被击碎,在表层出现一定厚度的纳米晶,这必将大大提高铝镁及其合金的力学性能。本文所要探讨的就是对铝镁材料表面纳米化后,其综合性能将有哪些改善。     

纳米晶Cu30Al70合金的形成及其催化活性

本文利用机械球磨的方法将工业上广泛应用的传统的ＲａｎｅｙＣｕ催化剂的前体Ｃｕ３０Ａｌ７０合金制成了纳米晶合金催化材料，并研究了它在木糖加氢反应中的催化活性。结果表明，制成的纳米晶合金ＣｕＡｌ２相的平均晶粒尺寸为１２ｎｍ，球料比和球磨时间极大地影响形成的纳米晶Ｃｕ３０Ａｌ７０合金的晶粒尺寸，纳米晶Ｃｕ３０Ａｌ７０合金组织较均匀，元素分布均匀，活化后的催化剂具有较高的催化活性。     

高能喷丸处理对Al-Zn-Mg合金的组织和力学性能的影响

采用透射电镜(TEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度计和微力材料试验机等研究了Al-Zn-Mg合金高能喷丸处理后的表层显微组织和力学性能。结果表明:经高能喷丸处理后,在距离Al-Zn-Mg合金表面约20μm深度范围内形成了随机取向的等轴纳米晶层,表面层的结构特征尺寸随层深的增大呈梯度变化,无明显界面;由于细晶强化作用和合金化层的形成,Al-Zn-Mg合金的表面硬度为基体的3倍以上,硬度随距表面距离的增加而逐渐减小;Al-Zn-Mg合金的整体屈服强度亦显著提高,且形变速率越大,屈服强度越高,这主要是由于变形过程中位错塞积强化、多晶体的细晶强化和加工硬化的共同作用导致的。     

纳米晶化对锆基非晶合金动态压缩性能的影响

以铸态Zr-Cu-Ni-Al-Nb非晶合金为材料,通过控制退火保温时间获得部分纳米晶化非晶合金,并采用DSC、XRD、HRTEM、SEM、准静态及动态压缩等手段,研究了纳米晶化对非晶合金在不同应变率下的抗压强度以及断裂机制的影响。结果表明,随着退火保温时间的增加,锆基非晶合金内部纳米级晶化相的体积分数及尺寸均增加。退火态非晶合金的抗压强度随着保温时间增加先增大后减小;应变率变化也会影响其抗压强度,从1×10~(-3)s~(-1)增加到1×10~3s~(-1)时强度降低,继续增加到3×10~3s~(-1)时强度有所升高。不同程度的纳米晶化对非晶合金的断裂特征产生影响,随着晶化程度的增大,压缩试样的断口形貌从脉状花样向类准解理特征再向河流状花样转变。     

超细晶反挤压Mg-8Sn-1Al-1Zn合金的组织和性能

采用OM、SEM、XRD、EBSD、TEM和电子材料试验机等手段研究了超细晶反挤压Mg-8%Sn-1Al-1Zn(质量分数)合金的组织和力学性能。结果表明:在250℃下,通过反挤压可以制备出具有超细晶组织的高强度Mg-8Sn-1Al-1Zn合金。在反挤压过程中,大部分粗大晶粒均通过动态再结晶转变为细小的等轴晶,其平均晶粒尺寸为1.92μm。另外,合金中存在大量的微米和纳米级Mg2Sn颗粒相。反挤压合金表现出典型的基面纤维织构。上述组织特征是动态再结晶、孪晶和第二相共同作用的结果。合金的室温抗拉屈服强度和压缩屈服强度分别为285和260MPa,合金的拉伸/压缩屈服点比率R高达0.91。合金的高强度和高R值主要归因于合金的细晶组织以及弥散分布的微纳米级第二相。     

细晶钨合金的制备与动态失效行为

采用喷雾干燥-热还原的方法制备纳米级93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末,并以其为原料制备出含0.03%Y_2O_3(质量分数)的细晶钨合金,研究微量稀土掺杂对烧结致密化和显微组织的影响以及93W-4.9Ni-2.1Fe合金在动态压缩状态下的力学行为.结果表明:纳米级复合粉末在1 380～1 410 ℃之间液相烧结可实现材料的近全致密化,比同种成分的传统钨合金的烧结温度降低了120 ℃左右,合金的相对密度可达99%以上,且合金的晶粒尺寸为5 μm左右.与传统W-Ni-Fe合金相比,细晶W-Ni-Fe合金在高应变率下具有更高的合金强度和延性,同时,在较低应变率下有形成局部绝热剪切带的倾向;添加微量Y_2O_3能进一步提高细晶W-Ni-Fe合金的绝热剪切敏感性,有利于在较低应变率下形成绝热剪切带.     

用挤压法固结的纳米晶Fe－（Nb、Zr）－B块状合金

用挤压法固结的纳米晶Ｆｅ－（Ｎｂ、Ｚｒ）－Ｂ块状合金最近广泛地研究了具有优异磁性能的纳米晶Ｆｅ－Ｃａ－Ｎｂ－Ｓｉ－Ｂ合金和Ｆｅ－Ｍ－Ｂ（Ｍ＝Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ）合金，但这些材料多限于薄带或薄膜形状。为扩大这些新材料的应用范围，迫切要求制备块状的纳米晶合...     

Fe78B13Si9纳米晶合金的热性能研究

采用适当的热处理工艺将相同成分的Fe_(78)B_(13)Si_9非晶态合金条带晶化制备成纳米晶合金;测定并研究了纳米晶合金的微观结构(晶体结构及尺寸)和一些结构敏感性能(热膨胀、比热),同时,将其与同样成分的非晶态、大晶粒状态合金的性能进行比较分析,认为由于纳米晶合金特殊的微观结构(短程无序),使其在性能上表现出与通常材料有很大差异。     

含纳米晶的非晶Fe-Zr-B合金

含有α Ｆｅ纳米晶的具有ｂｃｃ结构的Ｆｅ Ｚｒ Ｂ非晶合金是极好的软磁材料。快淬的Ｆｅ Ｚｒ Ｂ非晶合金通过退火 ,就可在非晶基体中均匀地沉淀出纳米晶α Ｆｅ ,这种相转变受合金Ｚｒ含量的影响很大。细小α Ｆｅ的析出有可能抑制非晶相中剪切变形带的发展 ,从而改善合金的拉伸塑性。因此 ,日本大阪大学工学院研究了熔体旋淬非晶Ｆｅ Ｚｒ Ｂ合金带的高温塑性变形行为 ,特别是纳米晶α Ｆｅ的析出对于合金强度和拉伸塑性的影响。在纯氩气氛中通过电弧熔化法制备了 4个Ｆｅ97-ｘＺｒｘＢ3(ｘ =5,7,9和 11)母合金 ,用熔体单辊旋淬法在氩气…     

纳米化对Cu-20Zr合金腐蚀行为的改善

利用磁控溅射技术制备纳米晶Cu-20Zr(mass%)薄膜,用动电位极化法、电化学阻抗法对比研究了溅射Cu-20Zr纳米晶薄膜与铸态Cu-20Zr合金在0.1 mol/L HCl溶液中的耐蚀特性差异.腐蚀后样品的表面形貌及电化学分析表明,纳米化改善了Cu-Zr合金的耐蚀性能.在Zr优先溶解时,纳米晶薄膜中Zr的低活性和表面形成的富Cu层以及Cu、Zr同时溶解时腐蚀产物膜的形成是提高纳米晶Cu-20Zr在HCl水溶液中耐蚀性的重要原因.     

表面机械滚压对Zr-4合金组织和力学性能的影响

采用表面机械滚压对退火态Zr-4合金进行表面纳米化处理并对其微观组织和力学性能开展了系统研究。滚压处理在Zr-4合金表面形成纳米/超细晶及变形层的厚度与滚压道次、每道次滚压深度有关;对Zr-4合金优化后的滚压参数为每道次滚压深度40μm、滚压8道次,获得从表面到心部由纳米晶、超细晶、变形组织和心部原始粗晶连续梯度变化的组织形貌,其纳米/超细晶层的厚度约为100μm,变形层的厚度约为300μm。Zr-4合金经滚压处理后,表层显微硬度显著提高;屈服强度和抗拉强度分别为352和600 MPa,各提高了7%和9%,延伸率略有降低。用混合法则计算了Zr-4合金表面滚压处理后的屈服强度,与实验值吻合。     

Fe－Zr－B－Cu非晶合金的纳米晶化和低频软磁特性

Ｆｅ－Ｚｒ－Ｂ－Ｃｕ非晶合金的纳米晶化和低频软磁特性Ｆｅ－Ｚｒ－Ｂ－Ｃｕ合金是迄今报告的具有最高饱和磁感的纳米晶合金。日本川崎钢铁公司最近研究了这种非晶材料的纳米晶化特点、低频软磁特性以及铁芯损耗与晶粒尺寸的关系。实验的合金为Ｆｅ８６ＺｒｘＢ１３－ｘ...     

高压扭转对铁钇合金组织和性能的影响

综述了应用高压扭转(HPT)技术的铁钇合金组织和性能的变化。研究结果表明,经过HPT后的铁钇合金能获得致密度较好的纳米级晶粒,呈大角度晶界。由于塑性变形导致其硬度明显增加,且由于应变的不同分布使硬度值从中心到边缘呈上升趋势;经过HPT处理后的晶粒与晶粒间Y元素的加入可以有效地在退火过程中抑制晶粒的长大。根据VSM的测定得出软磁材料具有很高的饱和磁感应强度、较低的矫顽力和较小的磁滞回线面积,经过HPT处理后的晶粒能够获得更大的饱和磁感应强度;随着Y原子含量的增加,高压扭转铁基纳米晶软磁材料的比饱和磁感强度减小,矫顽力增大。然而,随着退火温度的升高,比饱和磁感强度增大,矫顽力减小。     

纳米晶AgNi合金的制备及镍从基体中脱溶现象的研究

采用高能球磨和热压工艺制备了纳米晶AgNi合金。该合金中的镍以两种方式存在：约l-2μm镍的微米相(I)弥散分布于银基体和从基体银中脱溶的直径小于10nm镍的纳米相(Ⅱ)。而基体银的晶粒尺寸平均为100nm左右。详细分析了球磨工艺参数(球料比、球磨时间)及合金的成分对组织的影响，并由此总结了较合适的工艺参数，为研究纳米晶电接触材料的电性能提供了理想的样品。     

集成电路用纳米晶Cu-Al合金的制备及其结构、性能分析

采用大塑性变形法(SPD)制备出了集成电路用纳米晶材料,同时利用透射电子显微镜(TEM)及电子万能试验机对不同SPD方法生产的Cu-Al合金进行微结构分析及拉伸性能试验。结果表明:层错能是影响纳米晶Cu-Al合金微观结构与拉伸性能的关键性因素,纳米晶Cu-Al合金的微观结构形成机制,平均晶粒尺寸以及强塑性匹配程度均随着层错能的降低而发生改变。     

低温ECAP挤压Cu-Zn合金微观组织与力学性能研究

采用金相显微镜、透射电镜、X射线衍射及拉伸测试方法,研究了低温等通道(ECAP-LT)变形Cu-Zn合金微观组织与力学性能的变化规律。结果表明:Cu-Zn合金经低温ECAP挤压后,形成了纳米孪晶。随着层错能的降低,平均晶粒尺寸逐渐减小(~200 nm),纳米孪晶密度增大;显微硬度、屈服强度和抗拉强度逐渐提高,均匀伸长率呈现增大趋势。屈服强度与晶粒尺寸的关系符合典型的Hall-Petch方程。