Zr5oTi5Cu18Ni17Al10块体金属玻璃的热稳定性和力学性能

采用差示扫描量热仪以连续加热的方式研究了Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体金属玻璃的热稳定性.其玻璃转变激活能(Eg)以及晶化激活能(Ep1和Ep2)分别为438±11,284±8和323+11 kJ/mol.采用压缩试验研究了金属玻璃的室温力学性能,初始应变速率为1×10-4 s-1.直径为3 mm的金属玻璃棒呈现良好的力学性能,最大塑性应变达3％,杨氏模量和断裂强度的最大值分别为90 GPa和1968MPa.多条剪切带的交织、分叉和滑移以及宽度为60 μm的较大临界剪切台阶是Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体金属玻璃具有较高压缩塑性的主要原因.     

Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体非晶合金的热稳定性

采用铜模吸铸法制备了Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体非晶合金,并采用差示扫描量热仪(DSC)和X射线分析(XRD)对其热稳定性进行了系统研究.结果表明,随着加热温度的提高,玻璃转变温度Tg、晶化开始温度Tx和峰值温度Tp均向高温区移动,说明该合金的玻璃转变和晶化均为动力学过程.用Kissinger方法计算出玻璃转变激活能(Eg)以及晶化激活能(Ep1和Ep2)分别为438±11、284±8和323±11 kJ/mol.该合金的晶化过程分为纳米晶析出、初生相(ZrAl、ZrCu和Zr2Ni)析出以及稳定相(Zr2Cu、Zr2Ni、ZrCu、ZrAl和一个未知相)析出3个阶段.     

具有网络结构的Zr-Al-Ni-Cu块体金属玻璃的塑性和断裂模式转变

研究网络结构对Zr?Al?Ni?Cu块体金属玻璃的塑性和断裂模式的影响。采用化学腐蚀法显示并用SEM观察横截面和纵截面的微观结构,采用室温单向压缩试验测定力学性能。结果表明,网络结构显著地影响Zr?Al?Ni?Cu块体金属的塑性和断裂模式,当网络结构的尺寸达到某一临界值时,塑性和断裂模式发生转变。当胞状结构的尺寸约为3μm时,Zr基块体金属玻璃表现出塑性,并且塑性随胞状尺寸的增加而降低。断裂模式随胞状尺寸的增加逐渐由单一45°剪切面断裂向双45°剪切面断裂,最后转变为劈裂断裂。另外,探讨这些Zr基块体金属玻璃的塑性和断裂模式发生改变的机理。     

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。     

试样尺寸对镁基块体金属玻璃压缩力学行为的影响

研究试样直径和高径比对3种镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10压缩变形行为的影响,探讨镁基块体金属玻璃断裂模式的转变机制。压缩应力—应变曲线和断口扫描电镜观察结果表明:镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10在压缩条件下可在3个不同的变形阶段发生断裂,第1个是弹性变形阶段,在此变形阶段金属玻璃都以解理方式断裂,无塑性;第2个变形阶段的断裂为解理和剪切混合方式断裂,金属玻璃具有一定的剪切塑性变形;第3个变形阶段为稳定剪切锯齿塑性流变阶段,在此变形阶段金属玻璃都是以剪切方式断裂,具有稳定的塑性变形;镁基块体金属玻璃的断裂模式与尺寸有关,减小试样的直径和高径比都有利于块体金属玻璃由解理断裂向剪切断裂的转变,强度和塑性也相应地得到提高。     

微量元素对Cu-Zr-Al块体金属玻璃形成能力及力学性能的影响

研究微量元素Ag、Ti、Ga、Ni和Sn对Cu55Zr38Al7铜基块体金属玻璃形成能力及力学性能的影响。结果表明:添加2%(摩尔分数)的Ag、Ti或Ga均可以提高Cu55Zr38Al7合金的玻璃形成能力;用6%的Ag替代Cu,玻璃棒的临界直径可从2 mm增加到4 mm;因此,替代化学性质相似的元素或者扩大合金系的原子尺寸范围对提高玻璃形成能力具有显著的效果;然而,添加微量元素均不同程度地降低Cu-Zr-Al金属玻璃的硬度。断口表面形貌显示;微量相似元素替代影响基体在压缩过程中剪切带的繁殖;在微量元素替代的伪四元铜基块体金属玻璃中,2%Ti和2%Ag替代可分别获得最大压缩强度2 163 MPa和最大压缩应变8.7%。因此,通过添加微量元素可以调谐金属玻璃的玻璃形成能力和力学性能。     

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。     

Cu50 Zr42 Al8块体金属玻璃的组织和力学性能

采用悬浮熔炼-铜模吸铸法制备了Cu50Zr42Al8块体金属玻璃,研究了其楔形试样的组织演变.随着熔体凝固过程中冷却速度的变化,楔形试样中存在表面全非晶区,中心晶体区以及二者之间的过渡区域,并确定Cu50Zr42Al8块体金属玻璃临界尺寸为4.8 mm.分别考察了φ4 mm铸态完全非晶棒和φ5 mm非晶复合棒的力学性能.φ4 mm非晶棒的压缩断裂强度,弹性应变和塑性应变分别为2260 MPa,2.0%,0.4%,几乎没有塑性变形.而φ5 mm铸态非晶复合棒的屈服强度、断裂强度分别为1670MPa、1849 MPa,弹性应变和塑性应变分别为1.6%和1.9%.非晶基体中存在的马氏体相CuZr和正交晶相Cu10Zr7的竞争影响了非晶复合棒的最终力学行为.     

用铜模铸造法制备CuZr基大块金属玻璃

近10年来开发了一系列的块体金属玻璃，由于其优越的物理和力学性能而有可能成为很有发展前途的功能材料和结构材料。目前只有几种块体金属玻璃可以获得直径〉20mm的材料如Zr基合金（Zr55 Al10 Ni5 Cu30 Zr41．2 Ti13．8 Cu12．5 N10 Be22．5），Pd基（Pd40 Ct30 Ni10 P20），Pt基（Pt57．5 Cu14.7 Ni5.3 P22．5），     

Ti53Cu15Ni18.5Al7M3Si3B0.5(M=Zr,Hf, Sc) 高强度块体金属玻璃的制备及其性能

用铜模铸造法制备出直径为2．5mm的多组元Ti53Cu15Ni18．5Al7M3Si3B0．5(M=Zr,Hf,Sc)金属玻璃棒材．DSC和压缩应力应变测试结果表明：合金具有较高的热稳定性和优异的力学性能．其中Tis3Cu15Ni18．5Al7Zr3Si3B0．5合金的Tg,Tx和△Tx分别为703,765和62K;Ti53Cu15Ni18．5Al7Sc3Si3B0．5合金压缩断裂强度高达2325MPa,压缩变形量达1．6％,Young’s模量118GPa。     

TiNb颗粒增韧铜锆基非晶复合材料的机制

采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)方法成功制备得到10%(体积分数)TiNb/Zr55Cu30Al10Ni5和TiNb/Cu46Zr42Al7Y5非晶基体复合材料。压缩力学实验表明,TiNb颗粒对Zr55Cu30Al10Ni5的增韧效果明显好于对Cu46Zr42Al7Y5。究其原因是Zr55Cu30Al10Ni5的塑性转变区域的长度Rp值高于Cu46Zr42Al7Y5,这就意味着TiNb颗粒分布在Zr55Cu30Al10Ni5的塑性转变区域的几率明显高于Cu46Zr42Al7Y5基体。因此,TiNb颗粒对Zr55Cu30Al10Ni5基体的增韧效果明显要好于Cu46Zr42Al7Y5。     

Cu基块体非晶合金的力学行为

铜基大块非晶合金Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6与Cu50.5Ti30Zr11.5Ni6Al2具有高的压缩断裂强度,分别为2212MPa与2286MPa;伸长率均达到2.1%。断口微观形貌分析表明,Cu基大块非晶合金具有3种不同类型的微观形貌,分别与断口的3个断裂扩展区域相对应,并且观察到绝热升温导致的断面局部熔化现象。显微硬度与纳米压痕测试证实了非晶合金的弹塑性变形机制。     

Effect of Al Addition on the Mechanical Properties and Microstructure of Zr35Ti30Cu7.5Be27.5 Bulk Metallic Glass

利用单轴压缩试验研究了用部分Al替代Zr对Zr35-xTi30Cu7.5Be27.5Alx(x=0,1,1.5,2,2.5,5,at%)块体金属玻璃力学性能的影响。研究表明,当添加Al含量为1.5at%和2at%时,所得到的块体金属玻璃的压缩塑性从0.95%(x=0)分别提高至15.10%(x=1.5)和3.45%(x=2)。利用扫描电子显微镜(SEM)对金属玻璃样品的断裂形貌进行了表面分析。利用透射电子显微镜(TEM)对不同Al含量的块体金属玻璃试样进行了微观结构表征,结果显示,Al含量为1.5at%和2at%的金属玻璃样品的微观结构呈现出了纳米级别的"微观不均匀性"。最后,结合临界剪切应力(CSS)讨论了微观结构与塑性变形行为之间的关联性。     

具有良好室温塑性的ZrCuNiAlNb块体非晶

在脆性的ZrCuNiAl块体合金中添加Nb,获得新型的Zr60.59Cu15.78Ni10.73Al10.75Nb2.15非晶合金。通过XRD、DSC及HRTEM对合金的结构及热力学参数进行测定,并采用静态压缩实验研究其力学性能。结果表明：合金在XRD和DSC精度范围内呈现非晶态特征,但HRTEM结果显示其析出少量1~2 nm的纳米晶。Nb的添加还显著降低了合金的结晶激活能,有利于形变过程中纳米晶的进一步形核。纳米晶的存在增加了剪切带的形核位置,阻碍和钝化剪切带扩展,并诱发剪切带分叉及新剪切带形成,提高了合金的室温塑性。该块体非晶的屈服强度为1850 MPa,平均塑性应变为11.95%,最大塑性应变达到25.37%,最小塑性应变为2.95%,并具有应变硬化现象     

块体非晶合金在低温下的剪切带特征

通过宏观洛氏压痕实验在低温(193K)下对玻璃转变温度和本征脆性具有显著差别的5种典型非晶合金(Mg65Cu25Gd10,La55Al25Cu10Ni5Co5,Pd43Cu27Ni10P20,Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4,Fe52Cr15Mo9Er3C15B6)的剪切带特征进行了研究。考查了剪切带间距和数量与归一化温度和材料本征脆性的关联,并根据放射状剪切带的夹角讨论了不同合金的压力敏感系数及其影响因素。     

Zr_(55)Cu_(30)Ni_5Al_(10)大块金属玻璃的等时和等温晶化(英文)

采用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)研究Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃的非等温晶化转变动力学和在过冷液相区的等温晶化动力学行为。在非等温过程中,采用不同方法(Kissinger,Flynn-Wall-Ozawa和Augis-Bennett)得到的Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃平均激活能彼此之间吻合很好。此外,采用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)模型描述Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃的等温转变动力学。研究结果表明:Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃的Avrami指数n介于2.2和2.9之间,表明其晶化机制主要是扩散控制过程。在等温晶化的过程中,晶核长大主要是三维的长程有序扩散控制的过程,平均激活能为469kJ/mol。     

Formation and mechanical properties of bulk Cu-Ti-Zr-Ni metallic glasses with high glass forming ability

Bulk amorphous Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6 and Cu53.1Ti31.4Zr9.5Ni6 alloys with a high glass forming ability can be quenched into single amorphous rods with a diameter of 5 mm, and exhibit a high fracture strength of 2 212 MPa and 2 184 MPa under compressive condition, respectively. The stress—strain curves show nearly 2% elastic strain limit, yet display no appreciable macroscopic plastic deformation prior to the catastrophic fracture due to highly localized shear bands. The present work shows clearly evidence of molten droplets besides well-developed vein patterns typical of bulk metallic glasses on the fracture surface, suggesting that localized melting induced by adiabatic heating may occur during the final failure event.     

Effect of carbon addition on microstructure and mechanical properties of Ti-based bulk metallic glass forming alloys

A kind of novel Ti-based composites was developed by introducing different amounts of carbon element to the Ti50 Cu23 Ni20 Sn7 bulk metallic glass forming alloys. The thermal stability and microstructural evolution of the composites were investigated. Room temperature compression tests reveal that the composite samples with 1% and 3% （mass fraction） carbon additions have higher fracture strength and obvious plastic strain of 2 195 MPa, 3. 1% and 1 913 MPa, 1.3% respectively, compared with those of the corresponding carbon-free Ti50 Ni20 Cu23 Sn7 alloys. The deformation mechanisms of the composites with improved mechanical properties were also discussed.