Al含量对Zr基块体非晶合金力学性能的影响

用铜模吸铸法制备了(Zr64.8/90Cu14.85/90Ni10.35/90)90+xAl10-x(x=-4,-3,-2,0,2,4,6)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜(SEM)研究了Al含量对Zr基块体非晶合金力学性能的影响。结果表明:随着Al含量的减小,合金先是从非晶相为主的非晶/晶体复合材料转变为完全非晶材料,接着转变为以晶体相为主的非晶/晶体复合材料,最后转变为完全晶体材料。表明通过调整Al的含量,可以制备出具有完全非晶结构的Zr基块体非晶合金。当x=-2时,即合金成分为Zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12时,合金为完全非晶结构,该合金的室温压缩塑性应变达到20.6%,应力-应变曲线体现出了"加工硬化"特性,屈服强度σs、极限强度σm和断裂强度σf分别为1740.6,2030.7和1510.5 MPa。表明通过调整Al的含量,可以制备出具有优良室温压缩塑性的Zr基块体非晶合金。随着Al含量的减小,合金试样的显微硬度的总体趋势为先增大再减小。当x=2时,合金为非晶/晶体复合材料,该合金具有较高的显微硬度HV719.8。     

Cu,Co置换Ni对Al-Ni-La非晶合金晶化行为的影响

通过单辊快淬制备了Al85Ni9-xMxLa6和Al86Ni9-xMxLa5(M=Cu或Co,x=0～9)合金的薄带,利用X射线衍射仪(XRD)研究了薄带快淬态和退火态的结构,利用差示扫描量热仪(DSC)研究了上述合金薄带的晶化过程。结果表明,过量Cu,Co置换Ni降低合金的非晶形成能力,形成非晶相和晶态相的混合结构;Cu,Co置换Ni分别促进fcc-Al和亚稳相作为初生相析出:Al85Ni9-xCuxLa6合金的初生相由单独亚稳相MP1逐渐向单独fcc-Al转变,而Al86Ni9-xCoxLa5合金的初生相由单独fcc-Al逐渐向fcc-Al、亚稳bcc-(AlNi)11La3-like相和MP1转变,并趋于析出单独MP1;Cu,Co置换Ni分别降低和提高热稳定性:Al85Ni9-xCuxLa6和Al86Ni9-xCuxLa5合金的晶化开始温度Tx1分别从x=0时的545.5和520.3 K逐渐减至x=8时的415.0 K和x=7时的390.1 K,而Al85Ni9-xCoxLa6和Al86Ni9-xCoxLa5合金的Tx1分别逐渐增至x=6时的592.2 K和x=9时的576.8 K;Cu,Co置换Ni分别减弱和增强玻璃转变:Al85Ni9-xCuxLa6合金的玻璃转变迅速减弱,过冷液相区宽度ΔTx从x=0时的16.5 K逐渐减至x=2时的14.6 K,并于x2时完全消失,Al86Ni9-xCuxLa5合金即使当x=1时玻璃转变也随之消失,而Al85Ni9-xCoxLa6和Al86Ni9-xCoxLa5合金的ΔTx分别从x=0时的16.5和15.4 K逐渐增至x=6时的26.0 K和x=5时的19.9 K。     

Nb含量对Zr55Cu30Ni5Al10块体金属玻璃热稳定性和力学性能的影响

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法制备出直径Ф3 mm的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)100-xNbx(x=0,2,4,6,8,10)合金试样,利用X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)以及准静态压缩试验方法研究了Nb含量对Zr55Cu30Ni5Al10块体金属玻璃的非晶形成能力、热稳定性、力学性能和组织的影响。研究结果表明,添加适量的Nb元素能提高Zr55Cu30Ni5Al10合金的热稳定性和非晶形成能力。当Nb含量为x=8时,合金具有最宽的过冷液相区(ΔTx=86 K)和最大的非晶形成能力(参数γ=Tx/(Tg+Tl)=0.416)。对于Zr55Cu30Ni5Al10合金,优化Nb元素掺杂量可以获得最佳的非晶形成能力和热稳定性。Nb的适量添加也有利于提高Zr55Cu30Ni5Al10块体金属玻璃的压缩断裂强度和塑性变形能力,其中x=8时,合金的压缩断裂强度和塑性应变量分别达到1877MPa和1.92%,并具有加工硬化现象。     

铜镍合金化及半固态处理工艺对ZrCoAl系非晶合金组织的影响

向以Zr80Co15Al5为基体的非晶合金中添加微量铜和镍,利用铜模吸铸法和半固态处理工艺制备棒状(Zr0.88Cu0.12)95-2x Al5(NiCu)x(x=1.5、2.5、3.5)非晶合金。利用SEM、XRD和光学显微镜(OM)分析研究了半固态处理工艺对非晶合金的微观组织结构、玻璃形成能力及断口形貌的影响。结果表明,在半固态处理工艺基础上对Zr80Co15Al5添加微量铜和镍后有较好的晶体形成能力。     

Preparation of metallic glass based composites and measurement of the fracture toughness

采用铜模吸铸法制备了（Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.30）100-xTix（x=0、2、4、6、8）板状哑铃型金属玻璃基复合材料试样。用X射线衍射（XRD）、岛津AG-10TA万能材料力学试验机和JSM-6700F场发射扫描电子显微镜（SEM）对试样的组织结构以及断裂韧性进行了测试。结果表明,当x=0、2、4时,试样为非晶-晶体复合材料,当x=6、8时,试样为晶体材料。表明通过调整Ti的含量可以制备出金属玻璃基复合材料。采用三点弯曲法测定了复合材料的断裂韧性,当x=0、2、4时,试样的断裂韧性KIC值分别为10.529、5.142和3.446MPa.m1/2。     

微量元素Y、Ag对Cu基非晶合金玻璃形成能力的影响

采用单辊旋淬法制备了Cu50Zr42Al8,Cu46 Zr47-xAl7Yx(x=2,5),Cu43Zr42AlsAg7和Cu43Zr42Al8Ag5 Y2非晶合金薄带,利用X射线衍射和差示扫描量热分析研究了合金样品的玻璃形成能力和热稳定性.结果表明,在Cu50Zr42Al8中添加适量的Ag、Y后使得非晶合金的短程有序结构发生改变.合金Cu46Zr47-xAl7Yx(x=2,5)的过冷液相区宽度ΔTx分别比Cu50 Zr42 Al8增加了19K、30K,约化玻璃转变温度Trg从0.565分别增加到0.579和0.566,参数γ从0.402分别增加到0.418和0.420,说明Y的添加提高了非晶合金的热稳定性和玻璃形成能力.合金Cu43Zr42 Al8Ag7和Cu43Zr42Al8Ag5Y2与Cu50Zr42Al8相比,约化玻璃转变温度Trg及参数γ均有了明显的提高,达到了0.619、0.416和0.609、0.411,表明Ag的添加、Ag和Y的同时添加均提高了Cu - Zr -Al系非晶合金的玻璃形成能力,但Ag的效果更加显著.     

Zr对Y56Al24Co20非晶形成能力和热稳定性的影响

以Y56Al24Co20非晶合金为基础合金系,用廉价Zr替代部分高价Y,通过单辊急冷法成功地制备出Y56-x-ZrxAl24Co20(x=5,10,15)非晶合金;通过X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)研究其非晶形成能力和热稳定性.结果表明,随Zr含量增加,合金的非晶形成能力提高,但当Zr含量超过10%(摩尔分数)时,其非晶形成能力反而降低;Y46Zr10Al24Co20具有最大的非晶形成能力和良好的热稳定性.以上结果均从组元个数、原子半径、混合热和电负性的角度进行了实验论证.     

镍含量对(Zr_(0.83)Cu_(0.17))_(88-x)Al_(12)Ni_x非晶形成能力和力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备(Zr0.83Cu0.17)88-x Al12Nix非晶合金,考察了镍含量对合金非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,在镍含量比较低时,合金并不是完全的非晶合金,有部分晶体析出;而当镍的质量分数为10%时,所得到的非晶合金断裂强度和塑性应变分别达到1 679 MPa和7.56%,此时过冷液相区的宽度ΔT=84.64K,该组分的合金具有较强的非晶形成能力。     

锆基大块非晶合金的非等温晶化动力学效应

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了锆基非晶合金Zr60Al15Ni25、Zr65Al10Ni10Cu15的晶化动力学.结果显示,随着升温速率的加快,这两种非晶合金的特征温度Tg、Tx、Tp均向高温区移动,且过冷液相区逐渐加宽,表明非晶合金的玻璃化转变和晶化均具有动力学效应.分别采用Kissinger法和Ozawa法计算各非晶合金的激活能,两种方法的计算结果相近.从激活能数据得出,两种锆基非晶合金的热稳定性均较强;与非晶合金Zr60Al15Ni25相比,Zr65Al10Ni10Cu15虽较难形成玻璃化转变和开始晶化,但其晶化一旦开始则随后的过程反而更容易进行.     

粉末冶金Mg-6Al-xZr合金的组织与力学性能

采用机械合金化和粉末冶金技术制备了Mg-6Al-xZr(x=0、3、6、9)(质量分数)合金,研究了Zr含量对合金微观组织以及力学性能的影响。结果表明:550℃烧结态合金的组织由Mg基体、Zr以及Mg17Al12相组成,同时存在大量微孔;随着Zr含量的升高,Mg基体晶粒尺寸以及孔隙均变小,合金显微组织细化;合金的硬度和抗弯强度随Zr含量的增加而提高;650℃复烧后Al元素向Zr颗粒内部扩散并生成中间相Al3Zr,合金的力学性能进一步提高。     

Ti对Cu基块体非晶合金的玻璃转变动力学影响

本文选用非晶形成能力高,且在玻璃转变区和过冷液相区有高热稳定性的Cu46Zr47-xAl7Tix(x=0,1.5)块体非晶合金为研究对象。利用X射线衍射分析和差示扫描量热分析(DSC),研究了Ti元素的添加对于Cu基非晶合金玻璃转变动力学的影响。研究结果表明,在Cu46Zr47Al7块体非晶合金中用1.5%的Ti替代Zr之后,利用VFT方程分析得知合金的强度指数D由2.54增大到3.78,脆性指数m也从39减小到34,表现出了更高的玻璃形成能力。     

Y基非晶合金的形成及晶化动力学

利用单辊急冷法制备Y56-xZrxA124Co20(x=0,5,10)非晶合金,研究Zr含量对该非晶合金的形成能力及热稳定性的影响.研究结果表明,添加元素Zr可以提高Y56A124Co20合金的非晶形成能力和热稳定性,而且随着Zr含量增加,合金的非晶形成能力提高.通过示差扫描量热法(DSC)研究了Y56A124Co20和Y46Zr10A124Co20的晶化动力学,前者的玻璃转变激活能和晶化激活能分别为366.5 KJ/mol和259.7 KJ/mol,后者的玻璃转变激活能和晶化激活能分别为415.6 KJ/mol和319.5KJ/mol,从理论上说明添加元素Zr可以改善Y56A124Co20合金的非晶形成能力和热稳定性.     

应变速率对锆基非晶复合材料力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备出直径3mm的[Zr0.72+x(Cu0.59Ni0.41)0.28-x]88Al12(x=0.05、0.10)棒状非晶复合材料。考察应变速率对合金压缩力学性能的影响。结果表明,随应变速率的增大,合金的塑性变形区域减小,锯齿流变现象逐渐消失;在相同成分下,随应变速率的增大,弹性模量逐渐升高,塑性应变和抗压强度则逐渐降低,屈服强度和断裂强度也基本呈下降趋势。在x=0.05、应变速率为0.55×10-4s-1时,塑性应变、抗压强度和断裂强度均为最大值,分别为6.77%、1 758MPa和1 629MPa。     

半固态处理对(Cu_(0.7)Fe_(0.3))_(88-x)Al_(12)Zr_x非晶复合材料组织和力学性能的影响

对Cu-Fe非晶合金基复合材料进行了成分设计,研究了半固态处理工艺对(Cu0.7Fe0.3)88-xAl12Zrx组织和力学性能的影响。结果表明,Zr含量增加能够提高(Cu0.7Fe0.3)88-xAl12Zrx的非晶形成能力,x=50时试样为全非晶结构,过热吸铸试样其过冷液相区宽度ΔTx为92.4 K,约化玻璃转变温度Trg和γ参数分别为0.415和0.361,试样具有良好的热稳定性和非晶形成能力,且其断裂强度显著高于复合材料,压缩断裂强度高达1734 MPa。x=10的试样中马氏体相对塑性的提高有一定效果,但是缺乏非晶基体的强度。随着Zr的添加,Fe的比例降低,试样中塑性相消失,析出脆性金属间化合物较多,试样脆性大。半固态处理试样的非晶热稳定性降低,有利于晶体相的析出,且母合金经半固态处理过后试样的组织更加均匀,力学性能得到明显改善。     

熔体过热度对Zr基非晶合金力学性能和热稳定性能的影响

采用吸铸法制备Zr70Cu13.5Ni8.5Al8非晶合金,采用同步差示扫描量热仪(DSC)和万能试验机对非晶合金显微结构进行表征和力学性能测试,并利用XRD和SEM对试样的相组成和的剪切带观察。研究发现：随着吸铸功率增加,热稳定性、玻璃形成能力不断提高;Zr70Cu13.5Ni8.5Al8非晶合金的锯齿流变现象越明显,综合力学性能越好,其中吸铸功率8 kW时,试样的屈服强度、抗压强度和塑性达到最值,室温综合力学性能最好,且剪切带分布情况最好,但是继续提高吸铸功率,力学性能反而变差。     

超声振动对Zr基大块非晶合金结构与显微力学行为的影响

在室温条件下对铸态Zr52Cu23Al14.5Ni10.5大块非晶合金进行5 h超声振动处理,通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、差示扫描量热分析(DSC)以及纳米压痕测试,研究长时间超声处理对大块Zr基非晶合金结构与显微力学行为的影响。结果表明,经过5 h超声振动处理后,Zr基非晶合金仍保留非晶态结构,没有发生晶化;超声振动对大块非晶合金的热力学特征温度如玻璃化转变温度(Tg)、晶化开始温度(Tx)以及晶化峰值温度(Tp)的影响都不大,但可诱导结构弛豫,使其自由体积明显减少;相比铸态合金,超声处理后的合金,其纳米压痕实验的载荷—位移曲线上的锯齿流变现象明显减少,显微硬度和弹性模量均明显提高,分别从铸态的5.7 GPa和102 GPa提高到6.5 GPa和122 GPa。表明超声振动处理是一种室温调控大块非晶合金力学性能的有效手段。     

新型(Fe,Co)-Zr-RE-B非晶合金的热稳定性和磁性

利用旋铸技术制备了一种新型的含稀土元素的铁基非晶合金。研究了Nd含量对Fe70Co8Zr7-xNdxB15(x=0～6%原子数分数)合金的非晶形成能力、热稳定性和磁性能的影响。当该合金系的Nd含量在0～6%(原子数分数)变化时,其饱和磁感应强度(Js)在1.10T～1.37T范围内变化,矫顽力(Hc)在2.28A/m～8.15A/m范围内变化。Js随Nd含量的增加而增加,当Nd含量为2%和3%时,其Hc值均在3A/m以下,且在Nd含量为2%时,具有最高的非晶形成能力(glassformationability简称GFA)即大的ΔTx(达61K);同时又有良好的软磁性能,其Js和Hc值分别为1.25T和2.28A/m。经对比得出,Fe70Co8Zr5RE2B15(RE=Ce、Pr、Gd和Tb)合金与Fe70Co8Zr5Nd2B15具有相近的非晶形成能力和磁性能。     

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶态合金的制备与性能研究

采用石墨坩埚浇铸法在真空中频感应熔炼炉中制备Zr55Al10Ni5Cu30合金,并对合金进行了金相、X射线衍射和显微硬度的测试,考察原料纯度、过热度及冷却速率对非晶态合金性能的影响。结果表明,采用工业级原料就可以制备出性能良好的非晶态合金,在低的冷却速率下形成的非晶态合金具有相对较高的硬度,适当提高过热度可以减少微晶的形成。     

机械合金化MlNi_(3.55)Co_(0.75)Mn_(0.4)Al_(0.3)/Mg复合储氢合金的相结构和电化学性能

采用机械合金化法制备了MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3+x%Mg(Ml=富镧混合稀土;x=3,5,7,10)复合储氢合金。利用X射线衍射和电化学测试方法对MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3铸态合金和MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/Mg复合合金的相结构和电化学性能进行了研究。X射线衍射结果发现,MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金由单一的La Ni5相组成。而MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/Mg复合合金由La Ni5主相和小量的(La,Mg)2Ni3相组成,且合金中(La,Mg)2Ni3相的含量随镁含量x的增大而增多。此外,当复合合金中镁含量较多(x=10)时,复合合金有非晶化的趋势。电化学性能测试结果发现,当添加镁含量较少(x≤7)时,合金的最大放电容量、放电性能以及循环稳定性都好于MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金的相应性能,其中x=5时,合金的综合电化学性能最佳。合金电化学性能的改善得益于合金中形成恰当比例的La Ni5和(La,Mg)2Ni3相。     

用铜模抽拉法制备廉价的Fe74Al4Sn2P10Si4B4C2块体非晶合金

探索了一种制备块体非晶合金的新方法——铜模抽拉法。该方法可利用工业原材料连续制出廉价的块体非晶合金。用该方法制备的Fe74Al4Sn2P10Si4B4C2块体非晶合金棒材,其超冷液相区温度△Tx=17K,约化玻璃转变温度Trg=0．637,具有很强的玻璃形成能力。这说明该方法对于工业化连续生产块体非晶合金有重要的意义。