Sc提高锆基块体非晶合金玻璃形成能力的机理

以Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基非晶合金为研究对象，在以工业级海绵锆为原料制备的合金中加入元素Sc，制备出楔形试样，从微观角度分析了元素Sc提高非晶合金玻璃形成能力的机理。结果表明，元素Sc的加入可显著改变Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金在非晶态-晶态过渡区中先析相的相结构及组织形态。元素Sc强烈的脱氧作用可减少合金中锆氧化物／锆氧团簇，从而消除了过冷液体中异质形核的核心，提高了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金的玻璃形成能力。     

Nb、Ta等元素对Zr基大块非晶非晶形成能力及耐腐蚀性影响机理研究

  用计算机编程构造了Zr基非晶合金包含二十面体原子团簇的Zr₂Ni晶体相.用Zr₂Ni晶体相中以Ni原子为中心的二十面体原子团簇模拟Zr基非晶中二十面体团簇.应用实空间的递归方法计算了合金元素取代二十面体原子团簇中心和顶角位置原子时的局域态密度、二十面体原子团簇中中心Ni原子与其近邻合金元素Nb、Ta、Ti、V的总键级积分及团簇的费米能级.结果表明,Nb、Ta、Ti和V取代Zr原子后使其与Ni的键级积分有所降低，使合金的非晶形成能力下降，但Nb、Ta对合金的非晶形成能力影响不大；Nb、V取代Zr使费米能级升高，可使Zr基非晶容易钝化，提高耐蚀性;Ta对Zr基非晶的耐蚀性影响不大.而Ti使Zr基非晶的钝化能力下降.综合合金元素对非晶形成能力和耐腐蚀性的影响，Nb是最有益的合金元素，即在Zr基非晶中，通过加入少量的Nb元素，可以制备出具有较高耐腐蚀性的大块非晶.     

Zr基非晶合金的热稳定性及耐腐蚀性能研究

通过铜模铸造法制备出了具有异质结构的Zr63Ni16.2Cu15.8Al5和Zr63.4Ni16.2Cu15.4Al5块体非晶合金.利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)研究了两种Zr基块体非晶合金的微观结构和热稳定性,采用动电位极化方法研究了两种Zr基块体非晶合金在NaCl水溶液中的耐腐蚀性能.结果表明,与均匀结构的Zr65Al10Ni10Cu15块体非晶合金相比,异质结构降低了材料的热稳定性以及耐腐蚀性能,耐腐蚀性能低的原因可能是由于微观结构的不均匀使其具有更多的界面引起的.     

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.     

合金元素对Zr基大块非晶晶化行为的影响

利用准晶的共轭结构模型构造出了Zr基非晶合金中准晶相的原子结构模型,用递归方法研究了合金元素对非晶晶化过程的影响.结果表明:Zr基非晶合金析出的准晶相存在Zr6Ni,Ni6Zr2种结构,Ni6Zr结构优先析出;合金元素Ag,Pd,Pt,Au固溶于准晶中时,占据Cu,Ni原子的位置,增大近邻原子间的相互作用,这从电子理论角度解释了合金元素Ag,Pd,Pt,Au稳定地促进二十面体准晶(I)相析出的事实.     

初始晶化相在Zr基非晶成分设计中的应用

以非晶合金的初始晶化相(fcc-Zr2Ni)作为Zr基非晶成分设计出发点,由于Zr2Ni相仍然保留着非晶团簇或准晶中的二十面体结构特征,其团蔟结构存在结构遗传。因此,基于团簇理论进行Zr-Al-Ni、Zr-A1-Ni-Cu、Zr-A1-Ni-Cu-Nb多元Zr基非晶成分设计。此外,为了满足Zr基非晶不同领域的应用,可用不同原子取代Zr2Ni模型中的Zr或Ni原子,一旦原子与被取代原子的局域态密度相似度高,就有替代该原子的可能性,然后利用递归法判断该元素的非晶形成能力,最终通过实验验证所设计的成分是否满足性能要求。     

Fe含量对Zr60Cu40-xFex相分离非晶合金组织结构、电阻性能和纳米压痕行为的影响

在Zr60Cu40单相非晶合金中引入与合金次要组元Cu具有正混合焓的Fe元素,设计了Zr60Cu40-xFex相分离非晶合金,研究了 Zr60Cu40-xFex三元合金的液-液相分离行为.结果表明,二元Cu-Fe合金的液态组元不混溶区域可以延伸至三元Zr60Cu40-xFex合金中;在快速凝固条件下,该合金在冷却过程中会发生液-液相分离,形成富Cu和富Fe两液相;基于Zr60Cu40-xFex合金液-液相分离凝固特征,考察了 Fe含量对Zr60Cu40-xFex合金组织及相结构的影响,讨论了Zr60Cu40-xFex体系组织演变及相形成机制.Zr60Cu20Fe20合金在冷却过程中液-液相分离形成的富Zr-Cu和富Zr-Fe两液相分别发生玻璃转变,最终形成了高数量密度(1024/m3数量级)的纳米富Cu非晶粒子(尺寸为2～10nm)分布在富Fe非晶基体上的相分离非晶合金组织.研究了该合金样品的电阻性能和纳米压痕行为,讨论了 Zr60Cu20Fe20合金晶化过程的电阻反常变化行为,并分析了 Zr60Cu20Fe20合金的纳米尺度相分离组织结构对剪切转变区的影响.     

稀土元素Gd对Zr基块体非晶合金形成能力的影响

利用铜模铸造制备了一系列含Gd的Zr基块状非晶合金,用X射线衍射和差示扫描量热法研究了稀土元素Gd对Zr基块体非晶合金的形成能力、结构变化、热稳定性的影响。结果表明,Gd的加入增大了Zr基块体非晶合金的平均原子间距,改变了Zr基非晶合金的近程有序区和原子排列。Gd含量从1%增加到10%,ΔTx从50.1K减小到33.9K,即非晶合金的稳定性减弱,但是Gd含量为5%时,约化玻璃转变温度Trg出现了最大值0.7016,显示了非晶合金的形成能力有所提高。     

连续铸造法制备大块非晶合金

提出了一种适合于非晶合金铸坯连续生产的复合铸型连续铸造法并据此建立了一套水平连铸装置。采用拉停循环的间歇式拉坯方式成功连铸出直径10mm长度60cm的Zr基非晶合金棒材。金相、XRD、DSC等分析结果表明该方法制备的非晶合金有很好的非晶性。还基于非晶合金形成的CCT曲线,探讨了复合铸型连续铸造法形成非晶合金的冷却过程。该方法可用于非晶合金棒材工业化生产,并能降低生产成本,促进非晶合金研究的发展和应用。     

一种Zr基非晶合金/纯铜焊接组织研究

以玻璃形成能力较强的Zr基非晶合金作为研究对象,对Zr_(41.2)Ti_(13.8)Ni_(12.5)Cu_(10)Be_(22.5)非晶合金初始显微结构进行分析,采用热压法对Zr基非晶合金/纯铜的进行了焊接。研究结果表明:通过氩气保护热压法可成功实现Zr基非晶合金/纯铜的焊接,并达到原子级别的冶金结合。当扩散温度为653 K时,在界面附近非晶基体处基本保持非晶态,但是当温度为663 K时,在靠近非晶侧有大量纳米晶形成。因此,扩散温度是影响Zr基非晶合金/纯铜界面微结构的关键因素。     

Formation and properties of the Zr75−xAlxNi10Cu10Ti5 bulk metallic glasses

Zr-based bulk metallic glasses (BMGs) exhibit interesting mechanical properties since they combine high fracture stress, elastic strain (up to 2%), significant fracture toughness and good corrosion resistance. Quaternary systems with general composition Zr–Ni–Cu–Ti show wide composition ranges in which BMG can be obtained. The addition of the another element to the quaternary alloys often increases the glass forming ability (GFA). The aim of this work was to study the influence of aluminium content on the GFA and on the mechanical properties of the Zr–Ni–Cu–Ti alloys. Multicomponent Zr_75−xAl_xNi₁₀Cu₁₀Ti₅ (x = 15, 20 at%) alloys were produced by melt spinning method obtaining ribbons, and by casting technique into a copper mould, manufacturing rod shape samples with maximum diameter of 2 mm. Supercooled liquid region depends on chemical composition and exceeds 45 °C. Vickers microhardness of studied alloys is comparable to the highest ones for other Zr-based BMG.     

FRICTION WELDING OF Zr55Al10Ni5Cu30 BULK METALLIC GLASS

采用摩擦焊对Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀块体金属玻璃进行了焊接, 当焊机主轴转速为4.0×10³---5.0×10³ r/min, 摩擦压力为80---100 MPa, 摩擦时间为0.2---0.4 s, 顶锻压力和保压时间分别为200 MPa和2 s时, 能够成功实施Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀金属玻璃的焊接. 用SEM, XRD和TEM观察分析未检测到晶化相, 焊缝处金属仍保持非晶状态. 金属玻璃的塑性在玻璃转变点T_g附近随温度变化很大, 在T_g以上具有良好的塑性变形能力, 这是实施摩擦焊焊接的重要基础.     

Ti48Zr20Nb12Cu5Be15 非晶复合材料的内耗行为

对Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅非晶复合材料的室温力学性能以及随温度变化的动态力学性能进行了研究。结果表明,该非晶复合材料的室温拉伸强度约为1350 MPa,断裂应变约为0.13。随着温度的升高,该非晶复合材料的整体状态由弹性转变为粘弹性。在准点缺陷模型框架下,引入了诸如损耗因子、相关系数等相关物理参数,全面分析了该非晶复合材料动态力学行为,并且模型的理论曲线与实验数据拟合程度较好。因此,准点缺陷模型可以很好地描述不同温度下的Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅非晶复合材料的动态力学行为。     

Optimized interface and mechanical properties of W fiber/Zr-based bulk metallic glass composites by minor Nb addition

W fiber/Zr-based bulk metallic glass composites were prepared by melt infiltration casting and the interface reaction in composites was studied in detail. It was found that minor Nb addition to the matrix can suppress the interface peritectic reaction and optimize the interface structure in W fiber/Zr-based bulk metallic glass composites. Taking the interface characteristics of composites and glass forming ability of the matrix into account, an optimized alloy Zr₄₇Ti₁₃Cu₁₁Ni₁₀Be₁₆Nb₃ was selected as a new metallic glass matrix. The interface in the W fiber/Zr₄₇Ti₁₃Cu₁₁Ni₁₀Be₁₆Nb₃ bulk metallic glass composite has excellent interface bonding, and the compressive strength of 70% W fiber/Zr₄₇Ti₁₃Cu₁₁Ni₁₀Be₁₆Nb₃ metallic glass composite is 2.6 GPa, 58% higher than the unreinfored matrix. Multiple shear band formation in the matrix, which results from the interaction between W fiber and the matrix, can answer for the high ultimate fraction strength and excellent plastic deformation of the composite.     

Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5非晶棒料摩擦焊接

设计了一种非晶合金摩擦焊装置,以Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5非晶棒料为研究对象,进行了摩擦焊试验.焊接样品经SEM,XRD,维氏硬度、TEM等检测,结果显示焊接界面无明显未熔合,样品仍然保持非晶态,接头硬度总体增大,接头处出现了纳米晶.采用ANSYS软件对非晶合金摩擦焊的温度场进行仿真.结果表明,在摩擦时间t=0.25s时摩擦界面中心温度超过非晶棒料玻璃转变温度,接触面全部进入过冷液相区,应进行顶锻.仿真结果与摩擦焊试验结果基本吻合,有利于指导焊接试验.     

Electrochemical micromachining of a Zr-based bulk metallic glass using a micro-tool electrode technique

For the first time the possibility of electrochemical micromachining (ECMM) of a Zr-based bulk metallic glass (BMG) using a micro-tool electrode technique is reported. It is demonstrated that the choice of the electrolyte chemistry is substantial for a successful ECMM processing. For the bulk glassy Zr₅₉Ti₃Cu₂₀Al₁₀Ni₈ alloy a concentrated aqueous NaNO₃ standard machining solution is not suitable due to formation of thick and dense corrosion product layers which hinder the machining of structures with high aspect ratio. On the other hand, a commercial methanolic HClO₄ solution is shown to be very promising. In the first experiments with this electrolyte micro-hole structures were machined with aspect ratios of about 1 at depths of ～40 μm. The effect of process parameters such as pulse voltage and pulse length was investigated and their influence on the machined structure morphology is established. In a first approach the potential and challenges of this electrochemical micromachining technique for microforming of multi-component bulk metallic glass surfaces will be discussed.     

电火花沉积非晶涂层的组织结构与摩擦磨损性能

以Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶态合金棒为电极,利用电火花沉积技术在ZL101铝合金表面制备了锆基合金涂层.利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、显微硬度计和摩擦磨损实验机等对涂层的微观结构、表面形貌、显微硬度和摩擦磨损性能进行了分析测试.结果表明,沉积层表面较致密、均匀,为典型的“溅射状”花样形貌;沉积层主要由非晶、ZrO₂和Cu₈Zr₃等相组成;沉积层的平均显微硬度为1 555 HV 0.01,约为基材的15倍,摩擦系数仅为0.096,呈现出良好的减摩耐磨特性,沉积层的磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损.     

Effect of oxygen impurity on long-term thermal stability of Zr-based metallic glasses below glass transition temperature

1Introduction Metallic glasses as disordered solids are thermo-dynamically metastable at the temperature below theirglass transition temperatures,Tg.Phase transformation ofdevitrification being activated by time and temperaturecan occur not only above Tg …     

Partial crystallization of as-quenched Zr55Cu30Al10Ni5 bulk metallic glass induced by oxygen

Dendritic crystals, randomly distributed into the as-quenched Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅ bulk metallic glass were characterized by optical microscopy, electron probe microanalysis, X-ray diffraction and electron backscattering diffraction. Oxygen enrichment is observed into these crystallites (formula: Zr₇Cu₄Al₃O, space group: Fd m, cell parameter: 5.70 Å) demonstrating the negative effect of oxygen, inducing partial crystallization during casting.     

DEFORMATION BEHAVIOR AND CONSTITUTIVE EQUATION FOR Zr55Cu30Al10Ni5 BULK METALLIC GLASS IN SUPERCOOLED LIQUID REGION

Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅块体非晶合金(BMG)在过冷液态区内的单向压缩实验表明: 材料在过冷液态区内的形变行为强烈依赖于温度和变形速率. 随着应变速率的增加, 材料的流变特征由Newtonian流变转变为非Newtonian流变.利用扩展指数本构方程模型建立了非晶合金的流变应力、应变速率和温度的关系.