锆基块体非晶合金的力学性能研究进展

本文叙述了锆基块体非晶合金的制备方法，优异的性能，特别是对其力学性能研究领域的最新进展进行了综述。并与传统晶态合金作了适当的对比，锆基块体非晶合金具有优异的力学性能，如弹性比功、超塑性、断裂韧性等，此类合金的应用将不断拓宽。     

大块非晶合金的形成能力及研究进展

综合评述了大块非晶合金形成的控制因素，从热力学、动力学和结构三个方面讨论了大块非晶合金的形成机理；并简介了大块非品合金的制备技术和研究现状。     

块体非晶合金Cu58 Zr30 Ti10 Sn2的形成与晶化行为研究

采用铜模吸铸法制备了直径为2～3mm的圆柱状Cu60-xZr30Ti10Snx（x=0、1、2）块体非晶合金。用X射线衍射（XRD）和差式扫描量热仪（DSC）研究了非晶合金的结构、热稳定性和晶化特征，非晶合金Cu60-xZr30Ti10Snx的特征温度Tg、Tx、△Tx=（Tx-Tg）均与Sn含量相关。块体非晶合金Cu58Zr30Ti10Sn2的Tg为703．9K、Tx为755．5K、△Tx约为51．6K。这些特征温度随DSC升温速率的增大，不断向高温区偏移，其中晶化行为的这种动力学效应比其玻璃转变的更为显著。由Kissinger法获得的块体非晶合金Cu58Zr30Ti10Sn2的玻璃转变激活能Eg为3．30eV、晶化激活能Ex为3．17eV、第一晶化峰激活能Ep1为2．82eV、第二晶化峰激活能Ep2为3．13eV。由Ozawa法获得的各激活能比Kissinger法的相应数值稍偏低，但趋势是一致的。     

Zr-基块体非晶合金近玻璃转变温度热处理后的组织与性能

选择在非晶合金的玻璃转变温度与晶化起始温度间的较低温度对Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5块体非晶合金进行了等温热处理，用X射线衍射、扫描电镜、显微硬度计与压缩试验，研究了等温热过程中非晶合金的组织结构变化及其对显微硬度与压缩性能的影响。结果表明，在近晶化温度下，一定时间的热处理会引起非晶合金的晶化。而在近玻璃转变温度下，较长时间的热处理也不会引起非晶合金出现明显的晶化和组织变化；但随着热处理时间的增长，合金的显微硬度有增大趋势，合金的压缩强度明显下降，断口形貌变化显著，断裂方式也逐渐由非晶态的断裂方式向晶态的断裂方式转变。     

Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5块体非晶合金晶化行为研究

用示差扫描量热仪（DSC）研究了Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5块体非晶合金的匀速升温晶化与等温晶化的晶化行为。在匀速升温晶化方式下，用Kissinger法与Ozawa法获得了块体非晶合金的激活能，对第一晶化峰分别为320．5kJ／mol和316．6kJ／mol，对第二晶化峰分别为324．5kJ／mol和320．5kJ／mol。该非晶合金的晶化表现出明显的动力学效应。在等温晶化方式下，用Johnson-Mehl-Avrami方程获得了晶化的Avrami指数为1．61，表明非晶合金的晶化受原子扩散控制。     

合金元素对Cu60Zr30Ti10合金的非晶形成能力与显微硬度的影响

用铜模吸铸法制备直径2~3 mm的Cu60-xZr30Ti10M2(M=Mg、Al、Sn)系列非晶合金。用X射线衍射、差式扫描量热仪和硬度实验等研究它们的非晶形成能力、热稳定性与显微硬度。该系列非晶合金均表现出两级晶化行为。Cu60Zr30Ti10的玻璃转变温度为426.5℃,晶化起始温度为467.7℃,过冷液相区为41.2℃。添加Mg、Mo、Al对过冷液相区影响比较小,而添加Sn则使过冷液相区明显增大,达到51.6℃,合金的非晶形成能力有较明显提高,热稳定性增强。Cu60Zr30Ti10非晶合金的显微硬度为HV594.3,添加2%(摩尔分数)的Mg、Mo和Al对显微硬度影响不大,而添加2%Sn(摩尔分数)却使显微硬度达到HV755.7,提高27%。     

等温热处理对Zr57Cu15．4Ni12．6Al10Nb5块体非晶合金的组织结构与压缩性能的影响

对Zr57Cu15．4Ni12．6Al10Nb5块体非晶合金进行了等温热处理，用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计与压缩试验机研究了不同温度下的等温热处理后合金的组织结构变化、硬度变化与压缩性能变化。该非晶合金出现晶化的温度随热处理时间的增长而降低。在热处理时间相同的条件下，随热处理温度升高，合金的显微硬度有增大趋势。当非晶合金出现相分离或晶化时，其抗压缩强度将急剧下降，断裂方式由非晶态的断裂方式向晶态的断裂方式转变。     

块体非晶合金Cu58Zr20Ti20Mo2的形成与力学性能

用铜模吸铸法获得直径3 mm的Cu58Zr20Ti20Mo2块体非晶合金,采用X射线衍射仪、示差扫描量热仪、压缩实验及扫描电镜等研究其结构、热稳定性、压缩性能及断口形貌。Mo的引入有利于非晶的形成,该非晶合金表现为两级晶化行为,玻璃转变温度为422.6℃,晶化起始温度为453.4℃;其压缩应力—应变曲线呈近似线性关系,不存在塑性变形阶段,为脆性断裂,断裂强度为1 720 MPa,变形量为3.4%,断口形貌为清晰的脉状河流花纹;含少量晶态相的Cu57Zr20Ti20Mo3非晶合金仍为脆性断裂,断裂强度为1 546 MPa,变形量为3.3%,断口形貌呈混乱的脉状河流花纹,且有类似液滴的小球形貌。     

Fe60Co8Zr10Mo5W2B15块体非晶合金的形成及热处理对性能的影响研究

用铜模吸铸法获得直径为2mm的Fe60Co8Zr10Mo5W2B15和Fe60Co8Zr10Mo5W2B15块体非晶合金。采用X射线衍射（XRD）、示差扫描量热分析（DSC）、显微硬度及压缩实验等研究了非晶合金的结构、热稳定性及热处理前后的显微硬度与压缩性能。结果表明Nb的引入不利于非晶合金的形成；Fe60Co8Zr10Mo5W2B15非晶合金的显微硬度为1343HV0．2，抗压强度σbe为972．6MPa；在低于晶化起始温度的热处理，硬度稍有下降；但在高于晶化峰值温度的热处理，硬度值随时间变化先升高，后下降；在热处理时间相同的条件下，随着热处理温度的升高，合金的硬度升高，但压缩强度会明显下降。     

ZrAlCuNiNb合金的非晶形成能力及性能

用X射线衍射(XRD)与示差扫描量热仪(DSC)研究了添加Nb元素对Zr57Al15-xCu15.4Ni12.6Nbx合金的非晶形成能力的影响以及冷却速率对非晶形成的影响，同时研究了形成的块体非晶合金以及热处理后的压缩性能。结果表明：当Nb的摩尔分数达到5％时(即Zr57Al15-xCu15.4Ni12.6Nbx5)，合金具有最强的非晶形成能力，该块体非晶合金的压缩强度达1705MPa，相对压缩率约为0．104％。热处理后，当非晶合金中出现分离相或晶化析出相时，压缩强度将急剧下降。