块体非晶合金韧塑性研究现状

提高室温塑性和断裂韧性是块体非晶合金作为先进结构材料应用亟待解决的关键科学问题,理解应力加载时的室温塑性变形机制是提高其韧塑性的前提。块体非晶合金通过高度局域化的剪切带形成和扩展而产生塑性变形,提高其室温塑性取决于剪切带的均匀化分布程度。研究者们在该领域做了深入细致的研究工作,如喷丸、设计高泊松比的非晶、设计具有微观起伏结构的铸态相分离非晶以及引入晶相增韧等,使块体非晶合金的韧塑性得到有效改善。从第二相韧塑化非晶基复合材料、泊松比判据、尺寸效应、非晶表面涂层增韧、通过预变形预制多重剪切带改善塑性、冷热循环处理抗非晶合金老化等方面,综述了块体非晶合金韧塑化的研究热点,韧塑性判据,控制剪切带形成、扩展和分布的方法,指出获得良好拉伸塑性和断裂韧性仍是不同体系非晶合金的研究目标和重要发展方向,推动着块体非晶合金作为新型功能结构材料的应用和产业化。     

低频脉冲磁场处理Co_(60.15)Fe_(4.35)Si_(12.5)B_(15)非晶合金薄带巨磁阻抗效应的研究

对Co60.15Fe4.35Si12.5B15非晶合金薄带进行了低频脉冲磁场处理,M ssbauer谱分析及透射电镜观察表明样品发生了纳米晶化,处理过程样品温升ΔT≤5℃,在直流磁场Hex为0.296kA/m、交变驱动电流频率为2MHz时,磁阻抗比值达255%。实验表明,材料的巨磁阻抗效应与低频脉冲磁场的频率、强度有关,同时低频脉冲磁场处理致非晶合金纳米晶化创新了一种获得巨磁阻抗效应新的处理工艺。     

不同微观结构Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体非晶合金的晶化过程

用差示扫描量热仪分别对具有相似晶体体积分数和晶化激活能的Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金铸态、轧制态试样进行等温和连续升温实验,研究了不同微观结构块体非晶合金的晶化过程。结果表明,在晶化初期(小于30 min),两个试样具有相似的晶化速率;晶化后期(大于30 min),轧制态试样表现出较快的晶化速率。这在一定程度上表明,用JMA公式和晶化开始温度Tx及峰值温度Tp计算出的晶化激活能不能全面反映非晶合金的热稳定性。另外,剪切带中原子之间相互联接的减弱以及短程有序的强化,使轧制态试样热稳定性降低和晶化过程变快。     

高Fe含量FeCuNbSiB系非晶/纳米晶合金制备及其磁性研究

研究了过渡金属元素(Zr,Nb,Mo)和Cu元素对Fe78Si9B13合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响;在Fe74Cu1Nb3Si13B9合金的基础上,通过逐步提高Fe含量,利用单辊甩带法制备Fe(76+x)Cu1Nb3Si(11-x)B9(x=0,2,4)和Fe(79+x)Cu1Nb2Si(6-x)B12(x=0,2,4)非晶/纳米晶合金薄带;利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性,并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明:Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe78Si9B13合金的非晶形成能力和热稳定性;高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构,合金的饱和磁化强度Ms180 emu/g,且合金的矫顽力Hc在2Oe-9Oe之间,具有良好的软磁性能;Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸,从而能显著降低合金的矫顽力,改善合金的软磁性能;当Fe含量在80%-83%(原子百分比,下同)之间时,合金具有良好的软磁性能,但当Fe含量达到85%时,会有Fe2B、Fe3B相析出,从而显著恶化其软磁性能。     

Fe43Cr16Mo16C18B5Y2大块非晶合金的晶化行为及力学性能研究

采用铜模吸铸法制备出Fe43Cr16Mo16C18B5Y2块体非晶合金,并用XRD、SEM、DSC、硬度和压痕实验分别研究了该合金的结构、压缩断口形貌、晶化特征、硬度和断裂韧度.由热分析曲线得到玻璃转变温度(Tg)、晶化起始温度(Tx)和晶化峰值温度(Tp),这些特征温度具有明显的动力学效应.用Kissinger方法计算出不同升温速率下该Fe基块体非晶合金的玻璃转变激活能Eg、晶化激活能Ex、激活能Ep,结果表明该合金具有较高的热稳定性.力学实验结果表明,该块体非晶合金的硬度高达1178kg/mm2,断裂韧度为7.614MPa·m1/2,呈典型的脆性断裂,通过压缩断口形貌的观察发现该块体非晶合金的断裂呈现剪切断裂模式.     

非晶Fe_(52)Co_(34)Hf_7B_6Cu_1合金的形成与热稳定性研究

采用熔体单辊急冷法制备了非晶合金Fe52Co34Hf7B6Cu1薄带,在非晶合金制备过程中,铜辊表面线速度分别为49,45m/s,合金中的元素B分别以纯B和FeB形式加入。研究表明,在同一冷速(49m/s)的情况下,加入纯B制备的非晶态合金的晶化激活能较加入FeB略高,其热稳定性较好;而同样加入FeB制备的非晶合金,冷速较快时(49m/s)制备的非晶态合金晶化激活能较高,其热稳定性较好。     

Fe_(63)Ni_1Al_5Ga_2P_(9.65)B_(4.6)Si_3C_(6.75)Co_5非晶合金的晶化行为研究

采用XRD、DSC检测技术,采用连续升温晶化和等温退火晶化方法,研究分析了Fe63Ni1Al5-Ga2P9.65B4.6Si3C6.75Co5非晶薄带的晶化动力学行为和晶化过程中晶化相的析出过程。结果表明,该非晶合金的玻璃转变和晶化行为均具有显著的动力学特征。Kissinger法计算得到的Eg、Ex、Ep1、Ep2分别为750、340、432、689kJ/mol,Eg Ex,表明合金具有较好的热稳定性。合金晶化过程为:非晶→非晶+α-Fe→非晶+α-Fe+Fe2P+Fe3P→α-Fe+Fe2P+Fe3P+Fe3C(Al,Si)+Fe5PB2+SiC。合金的晶化类型为初晶型和随后的共晶型反应。     

退火温度对FeGaGeBCu(P)非晶纳米晶合金组织结构和软磁性能的影响

用单辊旋淬法制备了Fe76Ga5Ge5B13-xPxCu1(x=0,3,5,7)合金带材,并研究了退火温度对合金晶化行为、结构演变和磁性能的影响.结果表明,P元素替换B元素后,合金的非晶形成能力有所降低,但是提高了二次晶化相的热稳定性.同时,P添加一方面细化了纳米晶尺寸,降低了合金矫顽力,P含量为7％(原子分数)的合金...     

TiCu_(0.5)Al_(0.5)Cr_(0.2)Ni_(0.1)高熵合金微观组织及性能研究

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对TiCu_(0.5)Al_(0.5)Cr_(0.2)Ni_(0.1)高熵合金的相组成、相形貌、元素分布进行了系统研究,利用显微维氏硬度计测量了合金在室温下的硬度,通过电子万能试验机对合金进行了室温压缩试验,并在实验室模拟环境下进行合金防腐防污性能研究。结果表明:TiCu_(0.5)Al_(0.5)Cr_(0.2)Ni_(0.1)高熵合金主要由六方晶系Ti(CuAl)_2组成,大块状Ti(CuAl)_2相间存在条状组织,条状为AlCu_2Ti相,条间为CuTi_2相。树枝晶(DR)内Al元素和Cr元素含量较高,枝晶间(ID)Ti元素含量高于枝晶区域,而Ni元素和Cu元素整体分布较均匀。枝晶间(ID)显微硬度平均值为772HV,树枝晶DR显微硬度为690HV,枝晶间(ID)显微硬度高于树枝晶(DR)的;室温压缩强度为1 091 MPa。合金耐腐蚀性能良好,60℃人造海水中合金腐蚀失重量仅为-0.000 05 g,并具备一定的防污功能。     

塑性钛基非晶复合材料的制备及性能

通过铜模喷铸法成功制备了一系列内生β-Ti(Zr, Nb)枝晶增塑的Ti-Zr-Nb-Cu-Be非晶复合材料, 研究了成分对枝晶体积分数及尺寸的影响及其对复合材料力学性能的调节作用。结果表明, Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅合金压缩强度达到2061 MPa, 塑性变形高达22.5%, 表现出优异的综合力学性能。 非晶复合材料的塑性不仅与β-Ti(Zr,Nb)枝晶相的体积分数有关, 而且受到枝晶尺寸的强烈影响, 在一定体积分数条件下, 枝晶相的尺寸越大, 对剪切带的阻碍作用越明显, 合金的塑性越高。