Er对ZrCuNiAl非晶合金结构、力学性能、热稳定性及非晶形成能力的影响

以(Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12)_100-xEr_x(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,原子分数,下同)系块体非晶合金为研究对象,通过改变微量元素Er的含量来研究Er对非晶合金的结构、力学性能、热稳定性及非晶形成能力的影响。结果表明:添加Er元素所制备出的试样都是完全非晶结构的合金。随着Er含量的增加,各试样的弹性模量呈现出先增大后减小,压缩塑性应变呈台阶式上升,x=0,x=0.5,x=1试样的塑性应变在4%的范围内波动;x=1.5,x=2,x=2.5试样的塑性应变在11%的范围内波动;x=3试样的塑性应变最高,其值为23.19%,弹性模量为37.76GPa,屈服强度为1604MPa,抗压强度为2068MPa,断裂强度为2060MPa;随着Er含量的增加,锆基非晶合金的热稳定性和非晶形成能力均先减小后增大。     

析出相对锆基非晶复合材料组织和力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备(Zr0.72Cu0.28)100-xAlx(x=0,2,4,6,8,10,12和14)合金棒状试样,研究了合金的非晶形成能力和析出相与力学性能之间的关系。结果表明,随着Al含量增加,非晶形成能力提高;析出相体积分数和尺寸减小,分布更加均匀;综合力学性能逐渐提高,x=12时抗压强度和塑性应变均达到最高值,分别为1 773MPa和7.45%。     

Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金的室温压缩塑性的显著尺寸效应

以新开发的Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金为研究对象,系统研究了试样尺寸对其室温下压缩力学性能的影响。不同直径的非晶合金采用铜模吸铸法获得,采用万能试验机测量不同尺寸样品的室温压缩力学性能,并用扫描电子显微镜观察断裂后样品的端口形貌,此外,还通过差示扫描量热法分析不同样品的热力学性质。结果显示,直径1.5mm非晶柱状样品具有1%的压缩塑性,并伴随有典型的锯齿流变现象。随着非晶柱状样品尺寸的增加,其塑性逐渐消失。断裂后的样品的端口形貌呈现出典型韧窝状形貌,并且韧窝的密度随着样品尺寸的增加而降低。热分析结果表明,不同尺寸的铸态样品的玻璃转变之前都有一个明显的焓回复过程,而且其焓回复放热量和样品尺寸有近似的反比关系。尺寸较小的非晶合金在制备过程中拥有更快的冷却速率,能够保留更多的自由体积,为剪切带形核提供更多的形核点,表现出较好的宏观塑性变形能力。     

Ta添加对(Fe_(0.46)Co_(0.36)Ni_(0.04)Zr_(0.14))_(100-x)Ta_x非晶合金复合材料磁性能和力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备出直径为3 mm的(Fe0.46Co0.36Ni0.04Zr0.14)100-xTax(x=0,4,8,12)非晶合金复合材料柱状试样,通过X射线衍射(XRD)、选区电子衍射(SAED)、振动样品磁强计(VSM)、微机控制电子式万能力学试验机和扫描电镜(SEM)研究了不同Ta含量对合金的磁性能和压缩力学性能的影响。结果表明,随着Ta含量的增加,合金中不断有晶体相Co2Zr、Co2Ta0.5Zr0.5析出,合金的矫顽力Hc呈现出减小的趋势,而合金的饱和磁化强度Ms、抗压强度σbc和弹性应变εe则呈现出先增加后减小的趋势。当x=4时,合金的Ms、σbc和εe均达到最大值,分别为137.70A·m2/kg、1 814 MPa和4.583%。说明选取合适的Ta含量能够明显改善(Fe0.46Co0.36Ni0.04Zr0.14)100-xTax非晶合金复合材料的磁性能和力学性能。     

Nb添加对Ti基非晶合金腐蚀及力学性能的影响

为研究微量添加Nb元素对Ti_(40)Zr_(10)Cu_(34-x)Pd_(14)Sn_2Nb_x(x为原子数分数,x=0、1%、3%、5%)非晶合金的耐腐蚀性能及力学性能的影响,本文利用动态极化曲线,分析了在0.144 mol/L的NaCl溶液及0.2 mol/L的PBS溶液中非晶合金Ti_(40)Zr_(10)Cu_(34-x)Pd_(14)Sn_2Nb_x(x=0、1%、3%、5%)的电化学性能,并通过材料拉伸试验研究了非晶合金块状样品的室温压缩性能.结果表明:在0.144 mol/L的NaCl溶液中,非晶合金样品在阳极区出现了自发钝化的特征,钝化电流密度在10~(-7)～10~(-8) A/cm~2,钝化电流密度随着Nb的添加略有降低,且点蚀电位随Nb原子数分数的增加分别为200、340、400和490 mV,说明微量添加Nb元素能有效提高Ti基非晶合金的耐点蚀能力,即在0.144 mol/L的NaCl溶液中Ti基非晶合金的耐腐蚀性随着Nb含量的增加而增强;在0.2 mol/L的PBS溶液中,因磷酸根离子的缓蚀作用,Nb添加导致的成分变化对非晶合金的腐蚀行为影响不大;此外,添加了原子数分数为1%及3%Nb的非晶合金,其压缩强度及塑性变形能力变化不大,但添加5%Nb的非晶合金因较大体积分数纳米晶的存在导致其室温断裂强度及塑性变形能力有明显下降.     

Ti-Zr-Cu-Co-Sn-Si块体非晶合金的形成及生物腐蚀行为和力学性能

采用铜模铸造法制备了不含高生物毒性元素Ni和Be及贵金属元素的生物医用型Ti87-xZr7.5CuxCo2.5Sn2Si1(x=39,40,42,原子分数/%)块体非晶合金,并对其非晶形成能力、热稳定性、生物腐蚀行为及力学性能进行了研究。结果表明:该系非晶合金临界直径为2~3mm,并具有较高的热稳定性,其过冷液体温度区间为44~51K。Ti-Zr-Cu-Co-Sn-Si非晶合金在模拟人体体液环境中表现出高耐腐蚀性能,在37℃的磷酸盐缓冲溶液中发生自钝化,钝化电流密度低,且其开路电位和孔蚀电位随着Ti含量的增加而提高。该系非晶合金具有良好的力学性能,压缩断裂强度达2309MPa,弹性模量为92~100GPa。     

Y添加Ti_(40)Zr_(25)Cu_9Ni_8Be_(18)非晶合金的纳米晶化及力学性能

利用铜模铸造法制备直径为3mm的(Ti_(40)Zr_(25)Cu_9Ni_8Be_(18))100-xYx(x=0,1.0,1.5,2.0,3.0)合金棒材,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差式扫描量热计(DSC)和单轴压缩测试设备对合金的组织、玻璃形成能力和力学性能进行研究。结果表明:Y元素含量为1.0%(原子分数,下同)时,合金的衍射结果为非晶态;Y元素含量为1.5%时,诱发了非晶合金的纳米晶化。在高分辨透射电镜下可观察到,非晶基体上析出5~20nm左右的晶化相,含Y为1.5%的合金抗压强度高达1990MPa,塑性应变高达3.0%;Y添加后合金断口处剪切带数量增加。多剪切带之间的交错,阻碍不均匀形变,提高了合金的塑性和强度。     

添加Nd对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力和耐蚀性的影响

采用真空铜模喷铸法制备了直径为2 mm的Mg68-xZn28Ca4Ndx(x=0,0.5,1,1.5)合金,研究了Nd添加量对合金的非晶形成能力以及耐腐蚀性能的影响。利用SEM、EDS能谱分析了模拟体液中浸泡不同时间后非晶合金的显微组织与成分,利用XRD和DSC分析了合金的相组成和非晶形成能力,利用电化学工作站对合金在模拟体液中的电化学性能进行了测试。结果表明,随着Nd添加量的增加,合金的非晶形成能力下降,当Nd元素的添加量为1.0%和1.5%时,α-Mg相在非晶基体上析出,试样由纯非晶结构转变为晶体和非晶的复合结构。Mg67.5Zn28Ca4Nd0.5非晶试样展现了最好的抗腐蚀性能。     

塑性钛基非晶复合材料的制备及性能

通过铜模喷铸法成功制备了一系列内生β-Ti(Zr, Nb)枝晶增塑的Ti-Zr-Nb-Cu-Be非晶复合材料, 研究了成分对枝晶体积分数及尺寸的影响及其对复合材料力学性能的调节作用。结果表明, Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅合金压缩强度达到2061 MPa, 塑性变形高达22.5%, 表现出优异的综合力学性能。 非晶复合材料的塑性不仅与β-Ti(Zr,Nb)枝晶相的体积分数有关, 而且受到枝晶尺寸的强烈影响, 在一定体积分数条件下, 枝晶相的尺寸越大, 对剪切带的阻碍作用越明显, 合金的塑性越高。     

非晶合金与羟基磷灰石复合材料的研究

利用渗流铸造法制备了直径为6mm的vit106非晶合金与羟基磷灰石(HA)的复合材料,分别采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析了铸态合金的组织形貌和相组成.实验结果表明,铸态合金由非晶组织和HA组成,二者均匀分布,界面结合良好.力学性能实验表明,复合材料的压缩断裂强度为250MPa,最大塑性变形量达到了65%.与目前钛合舷金/20%(体积分数)HA复合材料相比,强度得到了提高;与块体非晶合金多孔材料相比,在相近的强度指标下,具有更高的塑性.由于HA与非晶合金都具有良好的生物相容性,因此这种复合材料在生物移植材料上具有一定应用前景.     

C元素对Ni_(68.6)Cr_(8.7)Nb_3P_((16.5-x))B_(3.2)C_x非晶合金性能的影响

研究了C的添加对Ni_(68.6)Cr_(8.7)Nb_3P_((16.5-x))B_(3.2)C_x(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1,%,原子分数)合金的非晶形成能力、热稳定性和腐蚀性能的影响。研究表明,x=0.5时,合金棒为非晶结构,直径达2 mm;适量C的添加提高了Ni基非晶合金的热稳定性能;在1 mol/L H_2SO_4溶液环境下,随C含量的增加,Ni基非晶合金薄带的耐腐蚀性能逐渐增强。     

Ga,In对Fe40Ni40P14B6共晶合金非晶形成能力的影响

采用助熔剂净化和铜模铸造相结合的工艺,用工业纯原料制备出块体非晶合金(Fe40Ni40P14B6)100-xGax(x=4～6)和(Fe40Ni40P14B6)100-x-yGaxIny(x=2,4;y=6-x).样品为直径3mm的圆柱体和宽6mm、厚1mm的片材,长度都在20mm左右.研究了Ga,In对Fe40Ni40P14B6共晶合金非晶形成能力的影响.XRD、DSC等分析表明,当x=4～6时,(Fe40Ni40P14B6)100-x(Ga,In)x合金具有强的非晶形成能力.     

Cr对FeCoNiAlCrx高熵合金组织与力学性能的影响

采用真空电弧熔炼法制备FeCoNiAlCr_x(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,原子比，下同)高熵合金铸锭，探究Cr含量对该合金微观结构、组织及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对合金相结构、微观组织及成分进行分析表征；采用万能试验机对合金压缩性能进行测试。结果表明：随着Cr含量的增加，合金的微观结构由单相BCC结构转变为BCC+FCC混合结构；合金微观组织由等轴晶逐步转变为树枝晶，并且合金晶粒尺寸发生了明显细化。本实验制备的五种合金都具有较好的力学性能，合金的抗压强度随着Cr含量的增加大幅度增强，当x=0时合金抗压强度和塑性应变最低，分别为1500 MPa和13.56%;当x=0.8时，合金抗压强度和塑性应变达到最大，分别为2460 MPa和30.09%;合金抗压强度的增幅达64%。这表明Cr添加对FeCoNiAlCr_x高熵合金的组织细化、抗压强度和塑性的提升具有重要作用。     

稀土Gd对FeCrMoCB合金非晶形成能力及力学性能的影响

通过添加不同含量的稀土Gd,采用铜模真空吸铸法制备出一系列直径不同的FeCrMoCBGd合金样品,借助X射线衍射仪(XRD)、示差扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪及万能试验机,研究了添加稀土元素Gd对FeCrMoCB合金非晶形成能力及力学性能的影响.结果表明,当Gd添加量为2%(原子分数)时,FeCrMoCBGd系合金的非晶形成能力最好,非晶合金的最大直径可超过12mm;非晶合金系的晶化过程为二级晶化行为,其显微硬度随直径的增加呈下降趋势,随Gd含量的增加而增加;非晶合金系均表现为脆性,断裂方式为典型的脆性断裂.     

非晶合金中锯齿流变动力学的研究

非晶合金在外力场的作用下会出现间接性的锯齿流,锯齿具有空间和时间的无序分布性,能够反映塑性变形过程中剪切带的演化过程。借助于混沌理论、自组织临界理论、统计分析、分形和平均场理论等数学方法进行了锯齿动力学研究。发现非晶合金的塑性流变行为与材料的本征结构、试样尺寸、加载试验机的刚度、温度和应变速率等密切相关,揭示了非晶合金的塑性变形过程中剪切带滑移不稳定性的演化特点。试样尺寸小、低温或高应变速率下加载的韧性非晶试样的塑性流变动力学呈现类自组织临界状态,锯齿的幅值分布具有无标度性特点,剪切带之间的交互作用强,剪切带过程相对稳定。低温下大的分形维数说明剪切带分叉速率快,触发了剪切带之间的交互作用。简单的平均场理论证实了非晶合金的塑性可受应变速率调控。这些结论为进一步探索非晶合金的塑性提供了新的思路。     

Co47.6Fe20.4B21.9Si5.1Nb5-xZrx(x=0~5)合金的非晶形成能力和磁性能

采用铜模吸铸法制备了直径d为2~5mm的Co_(47.6)Fe_(20.4)B_(21.9)Si_(5.1)Nb_(5-x)Zr_x(x=0~5)合金。利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)和显微硬度计分析合金的非晶形成能力(GFA)、磁性能及显微硬度。结果表明:该合金体系具有较好的GFA,随着Zr含量的增加,其GFA呈逐渐降低的趋势。Zr含量为0~2%(原子分数)时,能制得d为3mm的非晶合金;Zr含量为0~3%(原子分数)时,可制得d为2mm的非晶合金。直径2mm的棒状非晶合金(Zr含量为0~3%(原子分数))表现为明显的软磁性,饱和磁化强度Ms趋于一定值。该体系非晶合金均具有很高的显微硬度,Zr含量为3%(原子分数)时达到1420HV。     

Zr_(50-x)Cu_(50)Al_x(x=0～25)合金中的二十面体团簇以及Al添加对非晶形成能力和结构转变的影响

采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术研究了Al元素的添加以及二十面体团簇结构对不同冷却速率下Zr50-xCu50Alx(x=0～25)合金的非晶形成能力、合金结构以及相变过程的影响。结果表明,对直径3mm的Zr45Cu50Al5合金,其主相为ZrCu和二十面体相,而对于直径为3mm的Zr45Cu50Al5合金,其主相则为ZrCu和非晶相。二十面体相的衍射峰强度随着冷却速率的增加而大大降低,直至变成弥散峰。反映出二十面体相与非晶相之间存在强烈的关联性。Zr-Cu-Al合金中的非晶相与二十面体相具有相同的短程有序结构,即二十面体团簇结构,这种5次对称的原子堆垛结构与周期性有序的晶体结构互不相容,从而起到阻碍结晶、提高非晶形成能力的作用。     

基于工业级原料FeMoPC块体非晶态合金的制备

通过Fluxing提纯技术和J-quenching快速凝固技术相结合的方法,成功制备了基于工业级原料的Fe80-xMoxP13C7(x=0,4,8,12)块体非晶态合金。结果表明,少量的Mo置换Fe能够提高Fe80P13C7合金的玻璃化形成能力,当Mo的替换量为8%时,合金的玻璃化形成临界尺寸达到4mm,然而Mo含量的进一步增加则使合金的玻璃化形成能力降低。随着Mo含量的增加,FeMoPC块体非晶态合金的玻璃转变温度(T_g)和起始晶化温度(T_x)单调增加,而冷液相区宽度(ΔT_x=T_x-T_g)先增大后减小。压缩测试结果显示,随着Mo含量的增加,FeMoPC块体非晶态合金的压缩断裂强度(σ_f)和塑性应变(ε_p)都先增大后减小,当Mo含量为8%时,合金的σ_f和ε_p都分别达到了最大值3.6GPa和4.6%。磁性测试结果表明,随着Mo含量从0%增加到12%,FeMoPC块体非晶态合金的饱和磁化强度从1.42T降为0.33T,这可能是由于Mo与Fe原子间反铁磁耦合造成的。     

块体非晶合金压缩变形研究进展

在约化压缩变形温度t r=T/T g为77 K/T g≤t rt rc1、t rc1≤t rt rc2和t rc2≤t rT x/T g时,一般块体非晶合金的压缩变形行为分别对应不均匀脆性断裂、非牛顿流变和牛顿流变;当应变速率约为10-4s-1时,临界约化压缩变形温度t rc1在0.839~0.920之间,t rc2=1.011;随着应变速率的降低,块体非晶合金由不均匀的脆性断裂转变为非牛顿流变的t rc1、由非牛顿流变转变为牛顿流变的t rc2均降低。低t r压缩变形试样表面的剪切带特征明显,但高t r压缩变形由于均匀变形和热影响作用使剪切带不明显,且块体非晶合金的塑性随剪切带数量的增加而提高;随着t r的升高,块体非晶合金的断口显微组织演化过程分别为复杂不均匀的脉状纹络、较均匀的脉状纹络、熔滴状和岩浆流状组织。另外在极低约化压缩温度t r下Ni60Pd20P17B3和Ti40Zr25Ni3Cu12Be20块体非晶合金表现出非牛顿流变行为。非晶在一定温度的压缩变形会导致部分或所有非晶纳米晶化。     

CuZrNb块体金属玻璃的形成能力和低温电阻的研究

采用铜模吸铸方法制备出直径为1mm的Cu60Zr40-xNbx(x=2,5,8)合金。对合金的结构分析表明,Nb含量的改变对合金非晶形成能力有很大影响,当Nb含量为5%(原子百分比)时,合金可以形成完全非晶。低温电阻测试结果表明,Nb含量的变化会明显改变合金的低温电阻率,Nb含量为2%时,合金的电阻率随温度下降而上升,而含量为5%和8%时,电阻率随温度下降而下降。与晶化前相比,Cu60Zr35Nb5块体金属玻璃晶化后电阻率较晶化前有所降低,在低温时由非晶态的部分超导转变为晶化态的超导。