Hydrogen absorption and desorption in metallic glass and nanocrystalline Zr52.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10 alloy

To illuminate the intrinsic surface activity of Zr52.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10 alloy in its glass and nanocrystalline states, hydrogen absorption and desorption in both states was investigated by gas chromatographic analysis. The results show that the Zr52.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10 alloy in the nanocrystalline state can absorb a larger amount of hydrogen than that in glass state at room temperature after activation. According to the desorption process and surface state, the significant change in absorption induced by crystallization is proposed to result from that the glassy alloy has a higher desorption energy, which can adsorb gas physically and nonselectively, and is difficult to activate, while the nanocrystalline alloy can absorb much hydrogen due to the inter-atomic or intra-atomic electron transfer, which accelerates the kinetics of the catalytic reaction for the dissociation of molecular hydrogen into atomic hydrogen.     

Zr52.5Ni14.6Al10Cu17.9Ti5块体玻璃合金等温晶化与结构转变

对采用射流成形方法制备了Ｚｒ５２．５Ｎｉ１４．６Ａｌ１０Ｃｕ１７．９Ｔｉ５块体玻璃合金进行等温退火,利用Ｘ射线衍射和ＳＥＭ及ＴＥＭ分析了块状玻璃态合金等温晶化时相转变及组织转变。     

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。     

锆基金属玻璃中离子减薄诱导的微结构变化

用电化学双喷、凹坑法和离子减薄制备了4组Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃的透射电子显微镜样品。透射电镜观测表明,电子透明区域的微结构随采用的离子减薄条件变化敏感。通过对比选区电子衍射花样和相同成分样品等温退火的X衍射花样发现,在一些严重依赖于离子减薄制备的电镜样品中存在显著的加热效应,导致在离子减薄区域形成了不同的有序结构。在那些特意使用长时间减薄的样品中,可达到约780 K的局域峰值温度,远远超过了该成分的玻璃转变温度。这个结果表明,在用离子减薄获得非晶合金的电镜样品时,必须注意减薄过程所诱导的潜在的微结构变化,以避免得到错误的判断     

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。     

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。     

Zr52.5CU17.9Ni14.6Al10Ti5块体非晶退火后的力学性能

观察亲测试了Ｚｒ５２．５Ｃｕ１７．９Ｎｉ１４．６Ａｌ１０Ｔｉ５块体非晶在不同退火条件下的显微组织与力学性能,等温退火后可以得到尺寸约为３０－６０ｎｍ金属间化合物相用分布在非晶基体上的混合结构,研究表明：Ｐ块体非晶的压缩屈服强度为１．６６ＧＰａ,断裂强度为１．７８ＧＰａ,塑性约为０．５％,等温退火后,材料强度随着析出纳米相的体积分数（Ｖ）的培加发生明显的变化,Ｖ＝１８％时为１．９１ＧＰａ,Ｖ＝４７＾     

不同元素掺杂对Zr基非晶形成能力及力学性能的影响

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法制备成直径为3 mm的Zr63Cu17.5Ni10Al7.5TM2(TM=Y,Fe,Ti)合金圆棒.通过X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)、力学性能及断口扫描(SEM)检测,结果表明Y、Fe、Ti元素微量掺杂可以得到完全非晶,Fe、Ti元素掺杂的试样具有较高的非晶形成能力和热稳定性(△...     

Crystallization behavior of Ti61.67Zr17.15Ni14.80Cu6.38 glass-forming alloy

Ti61.57Zr17.15Ni14.80Cu6.38(atom fraction, %) metallic glass has applications in brazing. Using the hammer-and-anvil technique, Ti61.67Zr17.15Ni14.80Cu6.38 metallic glass was prepared. The crystallization behavior for this metallic glass was investigated by differential scanning calorimetry(DSC), X-ray diffractometry (XRD) and transmission electron microscopy(TEM). There are three stages in DSC curves of crystallization. The reduced glass temperature Trg is 0.42. The kinetic parameters of crystallization were calculated by a set of equations of the maximum crystallization rate. The crystalline phase formed in the MSⅠ(Metastable stage D is Zr2Cu, in the MSII is α-Ti and in the MSⅢ is Ti2Ni. This kind of alloy has lower glass forming ability, and the Ti61.67Zr17.15Ni14.80Cu6.38 metallic glass has lower thermal stability.     

Ti_(45)Cu_(35)Zr_8Ni_7Pd_5块体非晶合金的形成能力及力学性能(英文)

利用铜模铸造方法制备了Ti45Cu35Zr8Ni7Pd5合金圆棒。通过XRD、SEM和DSC等手段研究了合金的组织,讨论了合金的玻璃形成能力,测定了合金的力学性能。结果表明,直径为2mm的圆棒为单一金属玻璃相,3mm和4mm直径的圆棒由金属玻璃相和TiCu结晶相组成。直径为2mm的圆棒具有最高的压缩断裂强度(2160MPa)和最高的硬度(维氏硬度,5600MPa)。压缩强度和硬度随着圆棒直径的增加而降低,但变形能力增加。     

反复熔炼对Zr基大块非晶合金玻璃形成能力的影响

研究了反复熔炼对Zr60Al15Ni25和Zr65Al7.5Ni10Cu17.5合金的玻璃形成能力的影响。DSC分析表明，随着熔炼次数的增多，Zr60Al15Ni25非晶合金的玻璃转变温度和晶化开始温度都提高，而Zr60Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金的特征温度基本没有发生变化。Zr60Al15Ni25合金的熔化焓由于反复熔炼而降低，在热力学上有利于非晶相的形成。根据反复熔炼对铸锭凝固组织进而对合金熔体中的短程序的影响，讨论了玻璃形成能力的变化及原子间的结合力对短程序尺寸的影响，分析了2种合金对反复熔炼处理的敏感性的不同。     

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。     

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。     

Kinetics of crystallization process for bulk glass forming Zr-base alloys

The crystallization kinetics of Zr₆₅Ni₁₀Cu_17.5Al_7.5 (alloy I) and Zr_52.5Ni_14.6Cu_17.9Al₁₀Ti₅ (alloy II) are investigated. Two-stage crystallization takes place during continuous heating of the glassy alloy I, resulting in the transformation of the glass to the metastable α-Zr-solid solution and Zr-base quasicrystals with an activation energy of 309 KJ/mol in the first-stage and the formation of Zr₂Cu compound and the stable α-Zr-solid solution with an activation energy of 227 KJ/mol in the second-stage. For alloy II, one-stage crystallization with an activation energy of 333 KJ/mol occurs during continuous heating of the glass, resulting in the formation of Zr₃Al and α-(Zr,Ti)-solid solution. Based on the DSC data and calculations, both the alloys go through with three stages of crystallization mechanism during isothermal annealing, i.e. (1) surface nucleation and growth, (2) three-dimensional nucleation and growth, and (3) crystal growth. The TEM observation on Zr_52.5Ni_14.6Cu_17.9Al₁₀Ti₅ alloy is in good agreement with the calculations.     

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.     

Nd对Zr基非晶合金形成能力、热稳定性及耐腐蚀性的影响

利用铜模吸铸法在水冷坩埚中制备了4种(Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.3)100-xNdx(x=0,1,2,3)块体非晶合金。采用XRD和DSC检测了所获合金相组成、非晶形成能力及热稳定性,并采用盐酸溶液浸泡腐蚀试验评价了不同合金的腐蚀速率。结果表明,适量添加Nd可提高Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.3非晶合金的形成能力和热稳定性,但非晶合金在2mol/L HCl溶液中的耐蚀性随Nd含量的增加而降低。该结果对进一步改善和提高非晶合金的性能具有重要的参考价值。     

Deformation of metallic glasses with special emphasis in supercooled liquid region

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｅｎｓｉｖｅｅｆｆｏｒｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｖｅｒｔｈｅｐａｓｔｄｅｃａｄｅｔｏｄｅｖｅｌｏｐｍｅａｎｓｔｏｓｌｏｗｄｏｗｎｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅ     

Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料

根据Si3N4陶瓷钎焊性和非晶形成能力的要求，确定非晶钎料合金成分为Tj40Zr25Nj15Cu20；采用单辊熔体快淬法成功制备了箔带状Ti40Zr25Ni15Cu20钎料合金，并通过X射线衍射、差热分析、电镜线扫描等分析手段证实其为非晶态。试验结果表明，Ti40Zr25Ni15Cu20合金其约化玻璃温度Trg=0．76，过冷液相区△Tx=78K。     

铜基大块非晶合金的临界冷速与组织形貌变化

制备了具有良好玻璃形成能力的Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6大块非晶合金，其临界直径达到5mm，临界冷却速率约为126．8K／s。采用Jackson-Hunt公式计算了晶化组织形成的冷却速率。当冷却速率在10K／s-120K／s时，晶化组织则出现亚稳初生相与共晶共存的形态。当冷却速率低于10K／s时，亚稳初生相的析出将被逐渐抑制，使得共晶生长方式发生改变。     

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。