Cu基块状非晶晶化过程的微观组织研究

以Cu50Zr42AI8块状非晶合金为对象,在其玻璃转化温度(Tg)以下不同的温度(400、475和600K)进行保温1h等温退火处理,用X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等对晶化过程的微观组织进行研究.结果表明:试样经475K退火后有少量的晶体相Cu10Zr7析出,600K退火试样的析出相同样仅为Cu10Zr7,该相的体积和数量有所增大.表明Cu50Zr42Al8块状非晶合金在Tg以下进行1h的等温退火处理后,试样可以发生晶化,并且析出相只有Cu10Zr7,其体积和数量随退火温度的升高而增大.     

Zr基大块非晶合金的微区变形及力学性能

利用纳米压痕仪、扫描电镜等研究了Zr基大块非晶合金在纳米压痕条件下的变形及力学性能。Zr基大块非晶合金在纳米压头作用下以弹性-塑性方式变形，载荷-位移曲线及压痕周边多重剪切带(堆起或波纹状)的特征证明了塑性变形的存在。冷却速度、第二相及退火等因素影响非晶合金的压痕硬度HV和弹性模量E，冷却速度小的试样或部位(如试样中心)的HV，E值略高；离第二相(W丝)越近，HV，E值越高；退火处理提高非晶的HV，E值，同时退火与第二相还明显改变压痕周边的变形状态及塑性变形量的大小，退火显著减小塑性变形量，使压痕周边凹陷，而第二相使压痕堆起消失。对塑性变形机理进行了初步分析。     

退火处理对Cu基块状非晶压缩性能的影响

选择400、600、743、753、873和973 K,进行30 min和3 h的等温退火,用XRD、万能试验机和SEM研究退火处理对Cu基块状非晶合金压缩性能的影响。结果表明,随着退火时间的延长,Cu基块状非晶合金的起始晶化温度逐渐降低;试样经过30 min和3 h的退火处理后,其压缩曲线均为线弹性,没有明显的非弹性屈服过程;在600、743和753 K经过30 min的退火处理后的压缩强度的变化趋势为降低-升高-降低的模式,与经过3 h退火处理的压缩强度的变化趋势相反,对压缩强度的变化原因进行了初步分析;Cu基块状非晶合金在743 K退火30 min后的压缩性能最好,压缩强度达到2138 MPa。     

镍基块状非晶合金的晶化动力学行为

利用铜模铸造方法制备了Ni45 Ti23Zr15Si5Pd12块状非晶合金，采用扫描差热分析(DSC)和X射线衍射(XRD)对该块状非晶合金的晶化动力学行为进行了研究．结果表明：Ni45Ti23Zr15Si5Pd12块状非晶样品的晶化过程为多阶段晶化，主要晶化过程的Avrami指数大于3．0，为三维形核长大过程；随着晶化体积分数的增加，剩余非晶的晶化激活能增大，合金热稳定性增加；原子尺寸差异以及各原子间大的负混合焓是合金具有高的热稳定性的主要原因．     

放电等离子烧结-非晶晶化法合成钛基块状非晶复合材料

鉴于块状非晶合金(BAAs)的低塑性特征,回顾了利用放电等离子烧结?非晶晶化法制备高性能块状材料的成形技术,即先机械合金化制备钛基多组元非晶合金粉末,然后利用放电等离子烧结在粉末的过冷液相区固结非晶粉末,再利用非晶晶化法使烧结的非晶块体在随后的烧结和热处理过程中晶化析出β-Ti延性相,控制延性相的形貌、尺度和分布,合成以非晶相或β-Ti晶化相为基体的钛基块状非晶复合材料(CBBAAs),研究不同添加或替换组元对TiNbCuNiAl非晶粉末颗粒尺寸、热物性和微观结构的作用,探索了不同烧结参数对合成的CBBAAs微观结构和力学性能的影响规律,揭示合成含晶化相CBBAAs的理论基础和非晶晶化过程中晶粒形核长大的规律,提出并利用发展的软硬模型来阐释应力作用下CBBAAs的断裂机理。研究结果提供一种极具前途的粉末冶金复合材料制备方法,该方法能制备尺寸较大、力学性能优异的含晶化相的块状复合材料。     

合金元素对Zr基大块非晶晶化行为的影响

利用准晶的共轭结构模型构造出了Zr基非晶合金中准晶相的原子结构模型,用递归方法研究了合金元素对非晶晶化过程的影响.结果表明:Zr基非晶合金析出的准晶相存在Zr6Ni,Ni6Zr2种结构,Ni6Zr结构优先析出;合金元素Ag,Pd,Pt,Au固溶于准晶中时,占据Cu,Ni原子的位置,增大近邻原子间的相互作用,这从电子理论角度解释了合金元素Ag,Pd,Pt,Au稳定地促进二十面体准晶(I)相析出的事实.     

含钴锆基块状非晶合金的制备与力学性能

采用水淬法制备了Zr—Ti—Cu—Ni—Be—Co块状非晶合金(BMGs)。使用XRD进行相分析，采用热分析仪进行玻璃转变温度、晶化温度和热稳定性等的测定，用SEM观察试样压缩后的外表面和断口形貌。研究了Co对Zr—Ti—Cu—Ni—Be合金非晶形成能力(GFA)、热稳定性及力学性能的影响。结果表明：含Co的所有Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs都有1个明显的玻璃转变点和宽的过冷液相区(△T）。Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5合金具有和Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金相当的△T；Co的添加明显提高Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs的力学性能，含Co量大于10at％的Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs的压缩断裂强度（σf）超过2000MPa，Zr38Ti17Co22.5Be22.5合金的σf达到2230MPa，比Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金的σf提高23％。     

压痕过程中非晶Cu形变诱导晶化行为的原子模拟

采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟了非晶Cu在压痕作用下的形变诱导晶化行为,考察了压痕过程中能量、应力与微观结构演化的关系.局部塑性变形区域出现微小晶核,随着变形的增加,晶核不断生长与合并,局部塑性变形是导致非晶晶化的根本原因最终生成的晶粒具有面心立方结构,其(111)密排面平行于剪切面.非晶相中的纳米晶粒能提高非晶材料的刚度.     

三元Mg-Cu-Dy块状非晶合金的制备与力学性能

用铜模铸造法成功制备出直径为8 mm的Mg60Cu27Dy13镁基三元块状非晶合金.利用XRD和DSC等手段对Mg-Cu-Dy合金系的非品形成能力进行了分析并对其力学性能进行了测定.结果表明,Mg87-xCuxDy13(x=17,22,27,32)合金具有明显的玻璃转变温度Tg、较宽的过冷液相区△Tx=Tx-Tg及较高的约化玻璃转变温度Trg=Tg/T1,其中以Mg60Cu27Dy13,合金的非晶形成能力最强.该非品合金的压缩断裂强度(σf)为640 MPa.参数γ与这类合金的非晶形成能力具有良好的对应关系.     

脉冲电流对铜基大块非晶的玻璃转变及晶化行为的影响

采用DSC和XRD等分析方法从动力学角度研究了脉冲电流对Cu基块状非晶合金玻璃转变和晶化的影响。结果表明：Cu50Zr42Al8块状非晶合金经脉冲电流低温处理后,其玻璃转变温度Tg、起始晶化温度Tg和晶化峰温度Tp都有一定程度的降低,但过冷液相区△Ts却基本不变;而在改变时间和频率的情况下,各个参数值的变化不是很明显。脉冲电流对Cu50Zr42Al8块状非晶合金玻璃转变和晶化的影响与脉冲电流处理所导致的结构弛豫有关。     

铜基块体非晶合金纳米压痕研究

本文利用三种不同的纳米压痕模式研究了两种铜基大块金属玻璃Cu₅₉Zr₃₆Ti₅和Cu₆₁Zr₃₄Ti₅。分别采用了加载速率控制模式、载荷控制模式和循环加载模式。当加载速率不超过5mN/S时,试样的杨氏模量随加载速率而变。Cu₅₉Zr₃₆Ti₅和Cu₆₁Zr₃₄Ti₅的弹性模量均随峰值载荷和加载速率的增加而降低。但峰值载荷和加载速率对硬度影响不大。循环加载使Cu₅₉Zr₃₆Ti₅产生轻微加工硬化,而Cu₆₁Zr₃₄Ti₅则不显示这样的结果。而且,Cu₆₁Zr₃₄Ti₅的硬度和模量都明显高于Cu₅₉Zr₃₆Ti₅。     

Microstructure and mechanical properties of Zr-Cu-Al bulk metallic glasses

Zr49Cu46Al5 and Zr48.5Cu46.5Al5 bulk metallic glasses（BMGs） with diameter of 5 mm were prepared through water-cooled copper mold casting. The phase structures of the two alloys were identified by X-ray diffractometry（XRD）. The thermal stability was examined by differential scanning calorimetry（DSC）. Zr49Cu46Al5 alloy shows a glass transition temperature, Tg, of about 689 K, an crystallization temperature, Tx, of about 736 K. The Zr48.5Cu46.5Al5 alloy shows no obvious exothermic peak. The microstructure of the as-cast alloys was analyzed by transmission electron microscopy（TEM）. The aggregations of CuZr and CuZr2 nanocrystals with grain size of about 20 nm are observed in Zr49Cu46Al5 nanocrystalline composite, while the Zr48.5Cu46,5Al5 alloy containing many CuZr martensite plates is crystallized seriously. Mechanical properties of bulk Zr49Cu46Al5 nanocrystalline composite and Zr48.5Cu46.5Al5 alloy measured by compression tests at room temperature show that the work hardening ability of Zr48.5Cu46.5A15 alloy is larger than that of Zr49Cu46Al5 alloy.     

新型铜基块体非晶合金Cu55-xZr37Ti8Inx的制备及性能

利用铜模吸铸法合成Cu—ZrTi—In非晶棒。块体非晶合金Cu50Zr37Ti8In5的△瓦值最大,为66K。从原子尺寸大小和热力学角度分析在铜基非晶合金中添加适量In元素后能够提高其非晶形成能力的原因。在所测的块体非晶合金Cu55．Zr37Ti8Inx（x≤〈5）,Cu52Zr37Ti8In3表现出最高的抗压强度（1981MPa）和最佳的塑性,其在压缩断裂前的总塑性变形量约为1．2％。     

Ti-Cu基合金玻璃形成能力与力学性能

本文基于“二元共晶混合”法设计Ti-Cu-Ni-Zr合金成分,通过水冷铜模铸造法制备出不同直径Ti-Cu-Ni-Zr合金棒。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Ti-Cu-Ni-Zr合金玻璃形成能力和力学性能。结果表明,Ti-Cu-Ni-Zr合金具有较高的玻璃形成能力,其临界直径可达4 mm;Ti-Cu-Ni-Zr合金玻璃形成能力近似相等,而表征玻璃形成能力的热力学参数过冷液相区ΔT_x,参数γ,约化玻璃转变温度T_rg也近似相等。通过对合金力学性能进行研究,结果表明,Ti_32.3Cu_47.6Ni_7.9Zr_12.2和Ti_31.6Cu_48.2Ni_7.7Zr_12.5大块非晶合金分别具有0.7%和0.2%的塑性,而Ti₃₀Cu_49.5Ni_7.2Zr_13.3和Ti_28.55Cu_50.7Ni_6.75Zr₁₄大块非晶合金断裂机制近似为脆性断裂。Ti-Cu-Ni-Zr大块非晶合金塑性越大,其剪切带数量越多且扩展深度越大,反之亦然。另外,对于塑性材料,当锯齿流变振幅越大时,对应样品表面剪切带扩展深度越明显,当锯齿流变振幅越小时,对应样品表面剪切带扩展深度较浅;近似脆性断裂的锯齿流变对应次剪切带萌生,而对于完全脆性大块非晶合金,在应力-应变曲线上并未发现锯齿流变现象,相应的在样品外表面也并未发现次剪切带。     

Glass forming ability and mechanical properties of Nb-containing Cu–Zr–Al based bulk metallic glasses

Mechanical properties of (Cu₅₀Zr₄₃Al₇)_100-xNb_x (x=0,1,3,6,9) bulk metallic glasses rods with a diameter of 2.5～mm prepared by suction casting method were studied. The results of uniaxial compression tests at room temperture show that the best mechanical properties of 2.8% and 1.98 GPa for plastic strain and fracture strength, respectively, in the sample with x=3. Microstructure, fracture surface and shear bands of the samples were observed by SEM and XRD methods.     

Y元素添加对CuZrAl块体金属玻璃的结构和力学性能的影响(英文)

研究添加Y元素对CuZrAl块体金属玻璃的结构和力学性能的影响。结果表明,添加Y元素提高CuZrAl体系的玻璃形成能力,而且由于添加Y元素可以降低该体系的结合能,从而降低其断裂强度。Cu45Zr48Al7块体金属玻璃的断裂表面主要呈脉状,而Cu46Zr42Al7Y5块体金属玻璃的断裂表面则很平滑。TEM观察表明,Cu45Zr48Al7的微观结构为非晶基体中含有纳米相,然而Cu46Zr42Al7Y5块体金属玻璃为全非晶结构。     

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.     

Dynamic mechanical behavior of a Zr-based bulk metallic glass during glass transition and crystallization

The dynamic mechanical behaviors of the Zr41Ti14Cu12.5Ni8Be22.5Fe2 bulk metallic glass (BMG) during continuous heating at a constant rate were investigated. The glass transition and crystallization of the Zr-based BMG were thus characterized by the measurements of storage modulus E and internal friction Q-1. It was found that the variations of these dynamic mechanical quantifies with temperature were interre-lated and were well in agreement with the DSC trace obtained at the same heating rate. The origin of the first peak in the internal friction curve was closely related to the dynamic glass transition and subsequent primary crystallization. Moreover, it can be well described by a physical model, which can characterize atomic mobility and mechanical response of disordered condense materials. In comparison with the DSC trace, the relative position of the first internal friction peak of the BMG was found to be dependent on its thermal stability against crys-tallization.     

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。