Effects of Nb Addition on Glass-Forming Ability，Thermal Stability and Mechanical Properties of Ti-Based Bulk Metallic Glasses

(Ti40Zr25Cu9Ni8Be18)100-xNbx(x=0,1,3,4,5 at%)钛基大块金属玻璃由铜模铸制得,制得的金属玻璃由直径大于6 mm的全非晶相构成。铌添加对非晶形成能力和热稳定性的影响由X射线衍射仪,透射电子显微镜和示差扫描热量计分析研究,机械特性由MTS810型力学特性测试仪在室温下以压缩模式测量,应变速率为2×10-4 s-1。实验发现:铌的添加对非晶形成能力几乎没有影响,但使得热稳定性有所提高。随着铌含量的增加,合金表现出很高的抗断强度,当x=4时,合金表现出最高的耐压强度1945 MPa和塑性延伸7%,塑性有明显提高。扫描电子显微镜分析表明,(Ti40Zr25Cu9Ni8Be18)96Nb4的高延展性是由于形成了高密度的剪切带的原因。     

过热处理时间对Zr-Cu基大块非晶合金力学性能的影响

在一定初始温度下经过不同时间的熔体过热处理,利用铜模吸铸法,制备纯非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8棒状试样,通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热分析仪(DSC)、万能力学试验机和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究过热处理对其力学性能的影响。结果表明,在一定的处理时间范围内,随着处理时间的增长,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金原子排列的混乱度增加,非晶合金的平均自由体积增加,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金的变形局域化程度降低,变形能力随之增强,非晶合金的断裂强度和塑性得到了提高。     

热处理对Ti_(35)Zr_(30)Be_(27.5)Cu_(7.5)非晶合金压缩性能的影响

利用铜模铸造法获得了直径为2 mm的Ti35Zr30Be27.5Cu7.5块体非晶合金。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差氏扫描量热仪(DSC)及压缩试验等方法研究了非晶合金的相结构、显微组织和热稳定性,以及热处理对其压缩强度及塑性的影响。结果表明:在553和583 K温度下分别保温5 h后,实验合金仍保持为非晶态;在613 K保温1 h后,有晶化相出现。Ti35Zr30Be27.5 Cu7.5非晶合金在583 K下保温1 h后其塑性变形量达到了6.57%,较热处理前提高了1倍,且保持了热处理前的强度,屈服强度和抗压强度分别为1921 MPa,2169 MPa。随着热处理温度的提高,非晶相含量减少,合金断裂强度、塑性变形量随之降低;同时合金断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。     

Ti-Zr-Be-Cu-Co块体非晶合金形成能力及其耐蚀性的研究

采用磁控溅射法制备Dyx(Co21Cu79)100-x(x=0,4,8,9,12,14)颗粒膜.XRD结果表明:添加稀土元素Dy将促进CoCu过饱和固溶体分解,此外Dy元素还具有细化晶粒的作用.磁电阻测试发现:随着Dy含量的增加,Dyx(Co21Cu79)100-x薄膜的电阻逐渐增大,而薄膜的巨磁电阻(GMR)值先升后降,当退火温度Ta=425℃时,Dy4(Co21Cu79)96薄膜的GMR值达到最大,为-4.68％.薄膜的磁滞回线表明:矫顽力Hc随退火温度的升高逐渐增大,随Dy含量的增加,却单调减小.     

钨丝增强(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)100-xNbx非晶复合材料的力学性能

采用XRD、SEM等表征方法研究钨丝增强(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)100-xNbx非晶复合材料的力学行为.研究表明,分别加入x=1,3,5,7(atA)的Nb后,制备的复合材料试样基体仍为非晶态:随Nb含量的增加,钨丝增强(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)10...     

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。     

熔体过热水平对Cu36Zr48Ag8Al8块体非晶合金热稳定性和力学性能的影响

熔体过热度对Cu36Zr48Ag8Al8块体非晶合金的热稳定性和力学行为有显著影响。高的过热水平制备非晶合金的比热容大,初始缺陷密度小,热稳定性高。过热度越小,压缩塑性越小;抗压强度和维氏硬度随着过热度的减小先增加后下降。自由体积和残余应力共同影响不同吸铸电压制得非晶合金的力学性能     

表面粗糙度对Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5块体非晶合金塑性的影响（英文）

将Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5（Vit105）块体非晶合金棒用水砂纸和抛光膏打磨到不同粗糙度,研究表面粗糙度对试样压缩变形行为的影响。结果表明,随着试样表面粗糙度的降低,屈服强度并没有明显变化,但压缩塑性从2.3%提高到4.5%。在扫描电镜下观察断裂试样的侧面发现,塑性越大的试样,剪切带的密度越大。因此,对于非晶合金,要得到较大的塑性,降低表面粗糙度是必要的。     

四种块体非晶合金在过冷液相区内的微成形能力

采用Si模制作的V型槽微压印实验评价了4种具有不同脆度的块体非晶合金(Pd40Cu30Ni10P20,Zr65Cu15Al10Ni10,Cu46Zr42Al7Y5,Zr58.5Cu15.6Al10.3Ni12.8Nb2.8)在过冷液相区内的微成形能力.结果表明,尽管不同的BMG表现出不同的表观粘度,但在相同的应变条件下,各种BMG却呈现出相似的充型面积,这表明它们具有相似的微成形能力.这一结果源于在本实验条件下(成形温度T=1.07Tg,应变率(ε)=2×10-3s-1),各BMG均遵循相同的牛顿流变机制.最后,通过有限元模拟验证了这一结论.     

A fluctuation electron microscopy study of metallic glasses

采用fluctuation electron microscopy (FEM)对Al85Ni5Y 10-xCo x (x=0, 2)和 Cu 46Zr 54-x Al x (x=0, 7)金属玻璃的微观结构进行了表征, 研究了合金成分变化对金属玻璃微观结构的影响. 结果表明, 2种金属玻璃体系中均存在较强的中程有序结构; 少量元素的添加提高了合金微观结构的均匀性. 金属玻璃中程有序结构均匀性的增加有利于改善合金的玻璃形成能力.     

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。     

Zr–(Cu,Ag)–Al bulk metallic glasses

In this paper, we report the formation of a series Zr–(Cu,Ag)–Al bulk metallic glasses (BMGs) with diameters at least 20 mm and demonstrate the formation of about 25 g amorphous metallic ingots in a wide Zr–(Cu,Ag)–Al composition range using a conventional arc-melting machine. The origin of high glass-forming ability (GFA) of the Zr–(Cu,Ag)–Al alloy system has been investigated from the structural, thermodynamic and kinetic points of view. The high GFA of the Zr–(Cu,Ag)–Al system is attributed to denser local atomic packing and the smaller difference in Gibbs free energy between amorphous and crystalline phases. The thermal, mechanical and corrosion properties, as well as elastic constants for the newly developed Zr–(Cu,Ag)–Al BMGs, are also presented. These newly developed Ni-free Zr–(Cu,Ag)–Al BMGs exhibit excellent combined properties: strong GFA, high strength, high compressive plasticity, cheap and non-toxic raw materials and biocompatible property, as compared with other BMGs, leading to their potential industrial applications.     

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。     

In situ formed two-phase metallic glass with surface fractal microstructure

The alloy La_27.5Zr_27.5Al₂₅Cu₁₀Ni₁₀ was found to phase separate during quenching from the melt into (La–Cu)-rich and (Zr–Ni)-rich glassy phases with compositions close to those of Zr–Ni–Al and La–Cu–Al bulk metallic glasses. As-quenched samples consist of two amorphous phases in spherical shape with a wide range of length scales from tens of micrometers to a few nanometers. Several self-similar generations of spheres in spheres were observed using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Small angle X-ray scattering results show an exponential dependence to the power of −3.4 of the intensity on the scattering vector, indicating a surface fractal microstructure of dimension 2.6. The selected area diffraction patterns obtained from two-phase regions show two clearly distinguishable halo rings and the high resolution electron microscope image shows isotropic maze patterns with two different length scales corresponding to the difference in the average atomic distance of the two amorphous phases.     

冷却速率对Zr-Cu基非晶合金显微结构及力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备了直径分别为2、4、6 mm的Zr44Cu40Al8Ag8块体非晶合金。利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、同步示差扫描量热仪(DSC)等手段对试样的显微结构进行了分析,采用单轴压缩试验测试了试样的力学性能。实验结果表明:试样的力学性能受自由体积和析出晶体相数量影响。当冷却速率降低时,试样塑性因自由体积减少而变小,同时强度因Al3Zr析出相增多而降低。     

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。     

原子有序度对Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金等温晶化过程的影响

通过改变母合金铸锭的重熔次数和熔体冷却速率获得3种具有不同原子有序度的Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金,并采用差示扫描量热仪研究了原子有序度对该合金等温晶化过程的影响。结果表明,在等温晶化条件下,原子有序度的增加使Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金孕育期明显减小;对晶化相的形核和长大机制几乎没有影响,均为形核速率随时间增加的扩散控制的三维长大;使Avrami指数出现一定程度的减小。     

回火Zr-Al-Ni-Cu-Ag块体金属玻璃中的准晶及纳米准晶

通过系统的透射电子显微镜观察,在回火的Zr-Al-Ni-Cu-Ag块体金属玻璃中发现了准晶相和纳米准晶相。具有五次对称性,三次对称性及二次对称性的选区电子衍射谱及微束电子衍射谱证明初始晶化过程中析出的相为二十面体准晶。定量观察表明高的形核率是纳米准晶形成的原因。添加银有助于纳米准晶的形成。二十面体准晶相在初始晶化过程中的析出暗示着块体金属玻璃和二十面体结构之间存在着本征的相关性。     

Cu-Zr-Al-Ti块体非晶合金的成分设计与晶化研究

在三元Cu-Zr-Al非晶合金的基础上,通过运用等电子浓度和等原子尺寸成分设计规则来引入第四组元Ti,将合金系拓展到Cu-Zr-Al-Ti四元合金体系,并在该四元系的等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上进行成分设计。对设计的合金成分采用铜模吸铸法得到直径为3 mm的棒状样品。对铸态样品微观组织的分析表明:在设计的六个合金成分中有两个成分(即:Cu58Zr33Al6 Ti3和Cu56.9 Zr31.5 Al5.6 Ti6)可以形成块体非晶合金。示差扫描量热(DSC)分析的结果表明:Cu58 Zr33 Al6 Ti3的非晶形成能力(GFA)大于Cu56.9Zr31.5Al5.6Ti6和基础成分Cu58.1Zr35.9Al6的GFA。采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对块体非晶合金Cu58Zr33Al6Ti3的晶化过程进行了研究。结果表明,Cu58Zr33Al6Ti3块体非晶合金的晶化分两个阶段进行:合金的初始晶化主要是对应着Cu10Zr7相的析出;而晶化的第二阶段是Cu10Zr7、Cu8Zr3和AlCu2Zr(Ti)三个相同时析出。对非晶合金在等温退火过程中组织结构转变进行了分析和讨论。     

半固态处理对Zr_(60)Cu_(17.5)Al_(7.5)Ni_(10)Ti_5非晶形成能力和力学性能的影响

采用铜模吸铸法将Ti元素添加到Zr65Cu17.5Al7.5Ni10非晶合金中,制备得到直径为3 mm的大块非晶合金。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)和微机控制电子式万能试验机等研究半固态处理对Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5大块非晶合金的微观组织结构、非晶形成能力、压缩力学性能以及断口形貌的影响。结果表明:半固态处理技术对非晶合金材料的组织结构和力学性能有很大的影响,能够提高非晶合金的强度和塑性;半固态下Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5表现出较好的非晶形成能力,表征非晶形成能力的参数Trg为0.618 9,过冷液相区△Tx达到40 K;且当吸铸电压为7 kV时试样的塑性最好,为1.94%,强度为1 487.411 MPa。