低Nb含量Ti-Mo-Nb-Zr-Sn BCC低弹性模量固溶体合金的成分设计

依据BCC结构中的"团簇加连接原子"模型确定Ti-Mo二元团簇式[MoTi14]Mo1为基础成分式,根据合金化组元Sn、Zr和Nb与基体Ti的混合焓实现其在基础成分式中的组元替换,从而形成多元成分式[(Mo,Sn)(Ti,Zr)14]Nb1。利用铜模吸铸快冷技术制备d 6 mm合金棒状样品,并对其进行950℃保温2 h并水淬。组织结构分析和拉伸力学性能结果表明:低模量Sn、Zr和Nb分别取代基础成分式中高模量的Mo时形成的三元BCCβ-Ti合金结构稳定,且具有较低的弹性模量;当Mo0.5Sn0.5占据团簇心部,Nb作为连接原子,Zr替代部分Ti时形成的低Nb含量的β-Ti合金[(Mo0.5Sn0.5)(Ti13Zr)]Nb1(Ti68.10Mo5.25Sn6.50Zr9.98Nb10.17,质量分数,%)具有最低的弹性模量(为43 GPa),且断裂强度σb为569 MPa,应变ε为5.6%。     

固溶体结构的Nb-Hf合金

一篇西德专刊提供了一种用于在 1927到—196℃温度范围内工作的,具有固溶体结构的Nb—Hf合金,其成分为:①4-15%Hf,0.02-0.5%Y,5-15%W或2.5—7.5%Mo或5—15%(W Mo)(1%Mo代替2%W),以及C,O_2和N_2<0.02%,     

基于稳定固溶体团簇模型的无扩散阻挡Cu合金薄膜的成分设计

随着超大规模集成电路的发展,器件特征尺寸不断缩小,必然会出现Cu互连扩散阻挡层厚度无法进一步减小等瓶颈问题。因此,开发新型无扩散阻挡层Cu合金薄膜(Cu种籽层)势在必行。该新型互连结构在长时间的中高温(400~500℃)后续工艺实施过程中,需同时具备高的稳定性(不发生互扩散反应)和低的电阻率。基于此,首先综述了目前无扩散阻挡层结构的研究现状及问题,然后对基于稳定固溶体团簇模型设计制备的无扩散阻挡Cu-Ni-M薄膜的研究工作进行了梳理,通过多系列薄膜微观结构、电阻率及稳定性的对比,深入探讨了第三组元M的选择原则及其对薄膜热稳定性的影响。为进一步验证稳定固溶体团簇模型的有效性,对第二组元的变化进行了相关讨论。结果证实,选取原子半径略大于Cu、难扩散且难溶的元素作为第三组元M,薄膜表现出良好的扩散阻挡能力;当M/Ni=1/12,即合金元素完全以团簇形式固溶于Cu基体时,薄膜综合性能达到最优,能够满足微电子行业的要求。所有研究表明,稳定固溶体团簇模型在无扩散阻挡层Cu合金薄膜的成分设计方面十分有效,该模型也有望在耐高温Cu合金及抗辐照材料成分设计方面推广使用。     

CA-LBM模型模拟Al-4.7%Cu固溶体合金成分分布和枝晶形貌

建立了耦合温度场、流场、溶质场的CA-LBM(元胞自动机-格子玻尔兹曼方法)数值模型,并用该模型研究了Al-4.7%Cu固溶体合金的凝固过程。模拟结果验证了模型的合理性,再现了合金凝固过程中的枝晶形貌和溶质偏析,并定量研究了自然对流、初始温度对溶质分布和微观组织的影响。研究表明,自然对流对枝晶形貌有明显的影响,使枝晶生长非对称化,即迎流方向的枝晶生长得到促进,顺流方向的枝晶生长受到抑制。初始温度对凝固进程和枝晶形貌影响较大,降低初始温度,枝晶生长加快且产生了二次枝晶,并造成枝晶尖端固液界面处溶质浓度偏高,加重了溶质偏析。     

高强韧Al-Si-Mg合金成分设计与优化

对Al、Si与Mg元素进行了正交试验设计,采用JMat-Pro软件对Al-Si-Mg合金进行了成分优化设计与性能研究。结果表明,Si对Al-Si-Mg合金的凝固冷却速度影响最大,其次分别为Fe与Ti,Mg的影响最小。Mg对Al-Si-Mg合金屈服强度、抗拉强度与洛氏硬度的影响最大,依次分别为Fe、Ti和Si。当Al-Si-Mg合金的二次枝晶间距由200μm降至20μm时,抗拉强度由175.2 MPa增至337.2 MPa。Mg含量对SDAS的影响最大,其次分别为Si、Fe与Ti。Al-6.5Si-0.7Mg-0.2Fe-0.2Ti-0.1Zn-0.1Mn-0.1Cu合金经3级固溶2级时效热处理后的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为371MPa、310 MPa与5.84%,与JMat-Pro软件计算结果较为接近。铸态组织下Si相呈现为板片状或针状,热处理后Si相逐渐球化,热处理态合金断裂以韧窝断裂为主。     

半固态Mg-Al-Zn合金的成分设计

从流变学和耐蚀性两方面对半固态Mg-Al-Zn合金进行了设计和分析。结果显示,当Al含量在6%~11%之间,固相率为30%~60%时,随着Al含量增加,固相率随温度变化的敏感性降低,凝固温度区间变窄。从耐蚀性方面分析,在固相率相同时,固相粒子数量越多、直径越小,初始腐蚀速率越快,腐蚀的总量越少。当Al含量超过8%时形成连续的β相,抑制半固态镁合金的腐蚀。因此,当Al含量在8%~11%之间时,既能满足半固态成形要求,又能改善半固态镁合金的耐蚀性能。     

ZnAl40合金过饱和固溶体时效特性

利用Ｘ 射线衍射、显微硬度测定等手段研究了ＺｎＡｌ４０ 合金的时效分解特性, 并通过ＳＥＭ 和ＴＥＭ 观察了时效过程中合金的微观组织变化。结果表明, 在时效过程中, 合金的硬度发生变化, 硬度峰值与时效温度有关, 且随着时效时间延长, α′Ａｌ 的点阵参数增加。在时效过程中, 过饱和固溶体α′Ａｌ 发生分解, 在晶界处通过非连续沉淀反应, 形成粒状组织; 晶内通过ｓｐｉｎｏｄａｌ 分解, 形成类织物（ｔｗｅｅｄ） 组织     

ZaAl40合金过饱和固溶体时效特性

采用Ｘ射线衍射，显微硬度测定等手段研究了ＺｎＡｌ４０合金的时效分解我并通过ＳＥＭ和ＴＥＭ观察了时效过程中合金的微观组织变化。结果表明，在时效过程中，合金的硬度发生变化，硬度峰值与时效值温度有关，且着时效时间延长，α－Ａｌ的点阵参数增加。在时效过程中，过饱和固溶体α－Ａｌ的点阵参数增加。在时效过程中，过饱和固溶体α‘Ａｌ发生分解，在晶界处通过非连续没淀反应，形成粒状组织；晶内通过ｓｐｉｎｏｄａｌ分解     

高强GH4738合金成分设计计算与验证

高强GH4738高温合金是超大功率烟气轮机/燃气轮机涡轮盘的候选材料,利用Thermo-Calc及JMat Pro软件进行成分设计优化及抗拉强度预测进而实验验证。研究了不同C,Al,Ti及Cr等元素对该合金中相析出规律及其合金力学性能的变化规律;基于计算结果,制备了不同Al,Ti含量的GH4738合金,测试了其室温抗拉强度并对确定的超大型盘件用高强GH4738合金成分进行相分析研究。结果显示,C含量的增加,可促进碳化物M_(23)C_6及MC析出量的增加及其回溶温度的提高,但其对γ?相含量的变化几乎无影响;Al,Ti含量的增加,都可明显提高合金γ?相回溶温度及其析出量,并有利于合金抗拉强度的提高;Cr含量的增加,可提高γ?相的回溶温度,但对其析出量影响不大;影响合金中γ?相回溶温度及析出量的合金元素顺序依次为Al,Ti,Cr;高强GH4738合金成分设计原则为适当降低C含量,提高Al,Ti含量至合金成分范围高限;高强GH4738合金中γ?相占约24.0%,其点阵常数为a_0=0.357~0.359 nm,其组成结构为:(Ni_(0.9236)Co_(0.0415)Fe_(0.0025)Cr_(0.0322))_3(Cr_(0.0972)Al_(0.3585)Ti_(0.5059)Mo_(0.0366)Co_(0.0018))。该研究结果为中国大尺寸GH4738难变形高温合金涡轮盘提供了的成分设计思路。     

Fe-B-Si-Nb块体非晶合金的成分设计与优化

利用"团簇加连接原子"模型设计和优化具有高形成能力的Fe-B-Si-Nb块体非晶合金.以源于Fe-B二元共晶相的Fe_2B局域结构为基础,结合电子浓度判据,构建Fe-B二元理想非晶团簇式[B-B_2Fe_8]Fe;考虑到原子间混合焓的大小,选择Si和Nb原子分别替代[B-B_2Fe_8]团簇的中心原子B和壳层原子Fe,得到[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe系列四元非晶成分.结果表明,[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe团簇式在x=0.2~1.2成分处均可形成块体非晶合金,其中在x=0.4~0.5的成分区间内均可形成临界尺寸为2.5 mm的块体非晶合金.考虑到原子半径的大小,鉴于增加Nb的同时降低Si的含量可维持[Si-B_2Fe7.6Nb0.4]Fe非晶团簇结构的拓扑密堆性,由此得到另一系列[(Si1-yBy)-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe团簇式成分.结果表明,在(x=0.5,y=0.05)~(x=0.9,y=0.25)成分区间内均可通过Cu模铸造法获得直径为2.5 mm的块体非晶.新设计获得的Fe-B-Si-Nb块体非晶合金具有优良的室温软磁性能和力学性能,其中[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe(x=0.2~0.6)非晶合金的饱和磁化强度为1.14~1.46 T,矫顽力为1.6~6.7 A/m;[(Si_(0.95)B_(0.05))-B_2Fe_(7.5)Nb_(0.5)]Fe块体非晶合金的室温压缩断裂强度达4220 MPa,塑性形变约为0.5%.     

ZrCuNiAl非晶合金成分设计与玻璃形成能力

通过成分设计得到Zr51Cu24.7Ni14.34Al9.96非品成分,可制备临界10 mm＜Dmax＜12 mm的非晶合金,其具有高的玻璃形成能力参数:Tg=728 K,Tx=790 K,T1=1174 K.玻璃形成能力判据Trg=0.707是迄今为止发现的Zr基非晶合金中最高值.从理论上证明了其具有高的玻璃形成能力...     

Zr-Al-Ni-Fe块体非晶合金的成分设计与优化

以等电子浓度和等原子尺寸为判据,以Zr-Al-Ni-Fe合金系为研究体系,设计并制备了7种电子浓度和平均原子尺寸相等但成分不同的系列块体合金.XRD结果表明,只有靠近Zr-Al-Ni三元系的4个合金得到块体非晶;DSC和DTA结果表明,这4个合金中的最佳成分,即具有最高玻璃形成能力和最好热稳定性的合金是Zr60 7Al15.5Ni15.5Fe8.3,其特征热力学参数Tg=710 K,Tx=770 K,△Tx=60 K,Tg/Tm=0.607,Tg/Tl=0.552.     

Thermo-calc在热作模具钢合金成分设计中的应用

在H11钢的基础上 ,通过分析碳化物类型对热作模具钢性能的影响 ,运用Thermo -calc计算软件设计了一种新型热作模具钢 4Cr5Mo3SiVNb。研究结果表明 ,新钢种具有微细的显微组织和较高的强韧性配合 ,并且其回火稳定性及等向性也较好。     

抗氧化变色银合金的成分设计

针对抗氧化变色银合金的成分设计进行了讨论,提出了采用多元少量合金化、合金成分满足不同加工性能要求、采用多种强化途径、拓宽合金的工艺可操作性、降低合金成本、对环境友好等设计思路,并指出抗氧化变色银合金的成分设计应按照3个基本步骤进行.按照此设计思路和设计方法,确定了适合各种生产工艺的合金成分范围,通过实验室性能检测和工业化试验,结果表明,研制的JIS系列合金具有很好的抗氧化变色性能和制造性能,综合性能优良.     

块体非晶合金的成分设计准则

综述了块体非晶合金的成分设计准则,如：约化玻璃转变温度、＂混乱＂准则、Inoue准则、Johnson准则、原子尺寸比例准则、γ参数准则、电子浓度准则及相选择准则。并简要讨论了目前存在的问题及发展趋势。     

U-Rh体系非晶合金的成分设计与形成特性

为了进一步认识U合金体系的非晶形成规律,本文探究了U-Rh体系的非晶形成特性。在富U端共晶区65～80 at.% U范围内设计了系列U-Rh合金,通过真空电弧熔炼制备母锭样品与甩带技术制备条带样品,采用X射线衍射和热分析手段研究了两种样品的相组成与热行为。发现U₇₀Rh₃₀合金在急冷凝固条件下形成了部分非晶相,晶化温度为642K,晶化激活能接近200kJ/mol,与之共生的是g-U高温固溶体相,这是U基非晶合金通过急冷冻结高温U固溶体的首次证据,反映出U-Rh合金非平衡凝固相变行为的独特性。结果表明,U-Rh是一个新的铀基非晶合金体系,其非晶形成能力不强,这很可能与g-U高温固溶体能被急冷直接捕获有关。     

Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金的成分设计与微结构表征

以等电子浓度和等原子尺寸为判据，设计了6种不同成分的Zr-Al-Ni-Cu合金，用吸铸法制备了上下端直径分别为3和4mm，长度为30mm的合金棒，DSC和DTA结果表明，这些合金均主要由非晶构成，且均具有大的过冷液相区范围ΔTx，高的玻璃转变温度Tg和约化玻璃转变温度Trg。XRD和TEM的结果表明，除了含Cu量（原子分数，％）≥20的2个合金中有少量的晶体相析出外，其余试样中未见晶体相的析出；同时，样品上下端析出的晶体相的种类不同，表明冷速不同对晶体相的种类有影响。     

几种固溶体储氢合金的研究近况

介绍了Ti-V-Ni，Ti-V-Mn和Ti-V-Cr3种固溶体合金作为储氢合金或电极材料的研究现状。对无电化学活性的基质合金，用元素取代、合成复合合金和多相合金等多种方法，得到一些性能较好的负极材料。同时指出了固溶体合金的特点和研究工作的方向。     

LD2合金过饱和固溶体的形变热处理

用扭转法研究了LD2合金过饱和固溶体的热变形、动态沉淀及其对合金时效行为的影响.结果表明过饱和固溶体的高温流变曲线为动回复型,Mg_2Si动态析出孕育期较无变形静态析出者至少短一个数量级.在不发生或仅发生少量细小Mg_2Si动态析出的条件下,热变形后立即淬火可缩短时效时间达一个数量级并提高硬化能力约15％.过饱和固溶体热变形淬火后的时效组织特征是存在着回复亚结构和较为细小弥散的过渡相。     

Pd-20W合金固溶体的结构分析

对Pd－20W合金进行X射线衍射分析和差热分析，结果表明：Pd－20W合金合金是面心立方固溶体，合金的晶格点阵参数和晶粒大小随着温度的变化而变化，在温度缓慢下降至750℃时出现了超结构转变。这表明在Pd－20W合金中的K状太是一种超晶格结构。