微量元素对铜基块体金属玻璃形成能力的影响

研究微量元素的种类与添加量对Cu55Zr38Al7铜基块体金属玻璃形成能力的影响。X射线衍射仪和差示扫描量热仪的研究表明,添加2at%的Ag、Ti、Y或Nd都可以提高Cu55Zr38Al7的玻璃形成能力;6at%的Ag替代Cu,金属玻璃棒的临界直径可从2mm增加到4mm;而复合添加2at%的Ag和Y也可以明显提高Cu55Zr38Al7的玻璃形成能力。所以,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可显著提高铜基块体金属玻璃的形成能力。     

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。     

Ag和Fe元素添加对Cu-Zr-Al系非晶形成能力和力学性能的影响

以Cu-Zr-Al三元系为基础,研究Ag和Fe合金组元添加对块体金属玻璃(BMG)及BMG基复合材料的非晶形成能力和力学性能的影响.在Cu-Zr-Al三元合金体系中,Cu50Zr42Al8系BMG的△Tx=61 K,Trg=0.624,γ=0.416.适量添加Ag元素能显著地提高非晶形成能力:在Cu-Zr-Al-Ag四元合金体系中,Cu43Zr45Al8Ag4、Cu45Zr42Al8Ag5、Cu40Zr44Al10Ag6、Cu43Zr41Al8A98和Cu36Zr48Al8Ag8的Trg分别为0.618、0.625、0.618、0.628和0.598,γ值分别为0.424、0.427、0.424、0.432和0.433,△TX分别为77、76、78、84和108 K.在(Cu0.36Zr0.48-Al0.08Ag0.08)100-XFex(x-=0,3,5,10,15,20)五元体系中,Fe的添加明显影响合金的非晶形成能力;尽管△TX和Trg呈下降趋势,但(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)97Fe3块体非晶合金仍具有较高的非晶形成能力,其△TX=103 K,Trg=566,γ=0.424:Fe的适量加入可显著提高合金的力学性能,其中(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)95Fe5合金的强度和塑性应变分别提高至2 249 MPa和4.9%.Fe元素的存在导致Cu36Zr48Al8Ag8合金中产生明显的相分离,使(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)100-xFex合金得到增强增韧.     

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。     

Ni-Ti-Zr-Al-Cu-Si块体非晶合金的形成及压缩性能

利用DSC，DTA，XRD研究了NiTiZrAlCuSi块体非晶合金的形成。采用铜模铸造工艺使块体金属玻璃最大直径从Ni42Ti25Zr25Al8合金的小于0．5mm增加到Ni42Ti20Zr25Al8Cu5的1mm，然后增加到Ni42Ti20Zr21.5Al8Cu5Si3.5合金的4mm。在Ni42Ti20Zr21.5Al8Cu5Si3.5和Ni42Ti20Zr20.5Al8Cu5Si4.5合金中获得最大的约化玻璃转变温度Trg（=Tg／T1）及最大的过冷液相区△Tx（=Tx-Tg），分别为0．570和93K。Si显著增加玻璃形成能力主要是抑制引起异质形核的Ni（TiZr）相和（TiZr）（CuAl）2相的形成。室温压缩实验表明：Ni42Ti20Zr21.5Al8Cu5Si3.5合金抗压断裂强度为2724MPa。     

Sc提高锆基块体非晶合金玻璃形成能力的机理

以Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基非晶合金为研究对象，在以工业级海绵锆为原料制备的合金中加入元素Sc，制备出楔形试样，从微观角度分析了元素Sc提高非晶合金玻璃形成能力的机理。结果表明，元素Sc的加入可显著改变Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金在非晶态-晶态过渡区中先析相的相结构及组织形态。元素Sc强烈的脱氧作用可减少合金中锆氧化物／锆氧团簇，从而消除了过冷液体中异质形核的核心，提高了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金的玻璃形成能力。     

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％。     

Influence of Minor Addition of In on Corrosion Resistance of Cu-Based Bulk Metallic Glasses in 3.5% NaCl Solution

研究了铜基块体非晶合金Cu55-x Zr37Ti8Inx(x=0～5,at%)及Cu61-x Zr34Ti5Inx(x=0～3,at%)在质量分数3.5%NaCl溶液中的耐蚀性。极化曲线结果表明,在铜基非晶合金中添加In元素能明显提高合金的腐蚀电位、降低腐蚀电流密度,即能明显提高耐蚀性。含In的铜基块体非晶合金的腐蚀电流密度(Icorr)值比不含In的铜基块体非晶合金低约1个数量级。而且,利用In适量取代Cu可进一步提高耐蚀性。但过量添加In不利于形成富Zr保护膜,从而降低合金的耐蚀性。     

微量添加In对铜基块体非晶合金在3.5% NaCl溶液中耐蚀性的影响(英文)

研究了铜基块体非晶合金Cu55-x Zr37Ti8Inx(x=0～5,at%)及Cu61-x Zr34Ti5Inx(x=0～3,at%)在质量分数3.5%NaCl溶液中的耐蚀性。极化曲线结果表明,在铜基非晶合金中添加In元素能明显提高合金的腐蚀电位、降低腐蚀电流密度,即能明显提高耐蚀性。含In的铜基块体非晶合金的腐蚀电流密度(Icorr)值比不含In的铜基块体非晶合金低约1个数量级。而且,利用In适量取代Cu可进一步提高耐蚀性。但过量添加In不利于形成富Zr保护膜,从而降低合金的耐蚀性。     

Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体金属玻璃的热稳定性和力学性能

采用差示扫描量热仪以连续加热的方式研究了Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体金属玻璃的热稳定性。其玻璃转变激活能(Eg)以及晶化激活能(Ep1和Ep2)分别为438±11,284±8和323±11kJ/mol。采用压缩试验研究了金属玻璃的室温力学性能,初始应变速率为1×10-4s-1。直径为3mm的金属玻璃棒呈现良好的力学性能,最大塑性应变达3%,杨氏模量和断裂强度的最大值分别为90GPa和1968MPa。多条剪切带的交织、分叉和滑移以及宽度为60?m的较大临界剪切台阶是Zr50Ti5Cu18Ni17Al10块体金属玻璃具有较高压缩塑性的主要原因。     

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。     

Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5非晶合金的晶化行为

采用铜模铸造法制备了直径为3mm的柱状Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5块体非晶合金,X射线衍射证明试样为完全非晶态。利用差示扫描热分析仪(DSC)、X射线衍射,研究了该非晶合金的晶化行为。利用Kissinger和Ozawa方程求得Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5第一晶化峰和第二晶化峰的晶化激活能。结果表明,该大块非晶合金具有良好的热稳定性,在10K/min的加热速率下,析出相主要是Cu8Zr3和Cu10Zr7。     

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。     

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。     

Formation of Bulk Metallic Glasses from Cu-Zr Based Alloys with Yttrium Addition

采用工业级的低纯Zr,通过稀土Y的微合金化作用,制备Cu46Zr46Al8非晶合金。结果表明:Y能有效提升Cu46Zr46Al8合金的玻璃形成能力,主要原因是Y能吸附液态合金中溶解的氧,起到晶化合金的作用。当Y的添加量为2at%,3at%时,效果最为明显。经过Y微合金化后的非晶合金的抗压缩断裂强度超过2GPa,高于用高纯原料制备的非晶,但是塑性明显下降。     

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.     

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。