Non-isothermal Crystallization Kinetics and Isothermal Crystallization Kinetics in Supercooled Liquid Region of Cu–Zr–Al–Y Bulk Metallic Glass

The crystallization kinetics of Cu_(43)Zr_(48)Al_9and(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2bulk metallic glasses in non-isothermal and isothermal conditions was studied by differential scanning calorimetry.In the non-isothermal and isothermal modes,the average activation energy of(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2is larger than that of Cu_(43)Zr_(48)Al_9,meaning the higher stability against crystallization of(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2.In addition,the average activation energies for Cu_(43)Zr_(48)Al_9and(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2calculated using Arrhenius equation in isothermal mode are larger than the values calculated by Kissinger–Akahira–Sunose method in non-isothermal mode,indicating that the energy barrier is higher in isothermal mode.The Johnson–Mehl–Avrami model was used to analyze the crystallization kinetics in the non-isothermal and isothermal modes.The Avrami exponent n for Cu_(43)Zr_(48)Al_9is above 2.5,indicating that the crystallization is mainly determined by a diffusion-controlled three-dimensional growth with an increasing nucleation rate,while the Avrami exponent n for(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2is in the range of 1.5–2.5 in the non-isothermal mode,implying that the crystallization is mainly governed by diffusion-controlled three-dimensional growth with decreasing nucleation rate.Finally,the Avrami exponents n for Cu_(43)Zr_(48)Al_9and(Cu_(43-)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2are different in the non-isothermal and isothermal conditions,which imply different nucleation and growth behaviors during the crystallization processes.     

Cu-Zr-Ag-Al非晶合金晶化过程的动力学效应

采用铜模吸铸法制备了直径3 mm的Cu_(40)Zr_(44)Ag_8Al_8大块非晶合金(BMGs),并分别利用X射线衍射仪(XRD)和同步示差扫描量热仪(DSC)对其晶化过程中显微结构的演变及其晶化动力学进行研究。结果显示,该BMGs在晶化过程中依次从非晶基体中析出Al_3Zr和Cu_10Zr_7相。采用Kissinger和Ozawa方法计算的非晶样品第一晶化峰的晶化激活能分别为315.69和312.65 k J/mol,该非晶合金具有很强的热稳定性。此外,该非晶合金晶化过程具有很强的动力学效应,特征温度对升温速率的依赖性遵循Lasocka方程,但其晶化机理函数却无明显的动力学效应,与加热速率无关。采用GM模型对30 K/min加热速率下的DSC实验数据进行拟合,发现其拟合参数由λi=5.2,n=3.4变为λi=2.5,n=4,说明该非晶合金的晶化行为遵循形核率随时间增加而不断增加的初晶型晶化规律。     

Novel Crystallization Behaviors of Zr-Based Metallic Glass Under Thermo-Mechanical Coupled Fatigue Loading Condition

Novel crystallization behaviors of Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5 bulk metallic glass are investigated.On the one hand,mixed oxides,including CuO,CuAlO_2,CuAl_2O_4 and ZrO_2,show sequential oxidation process determined by coupling effects of specific cyclic load and temperature.On the other hand,at a temperature(100 ℃)by far lower than Tg of 412 ℃,under cyclic loading condition,non-oxidized binary alloy CuZr_2 is precipitated;the thermo-mechanical coupled effects of temperature below Tg and fatigue accumulation on the non-oxidized crystallization behaviors are revealed.Meanwhile,at a constant temperature of 400℃, by comparing among the XRD patterns,respectively,obtained from tensile,creep and fatigue fractures,the dominating effect of cyclic load on the generation of non-oxidized CuZr_2 is verified.Furthermore,the crystallization behavior of amorphous phases under cyclic loading condition is observed through TEM micrograph and diffraction pattern at 100 ℃.     

Direct TEM Observation of Phase Separation and Crystallization in Cu_(45)Zr_(45)Ag_(10)Metallic Glass

The structural evolution of Cu_(45)Zr_(45)Ag_(10) metallic glass was investigated by in situ transmission electron microscopy heating experiments. The relationship between phase separation and crystallization was elucidated. Nucleation and growth-controlled nanoscale phase separation at early stage were seen to impede nanocrystallization, while a coarser phase separation via aggregation of Ag-rich nanospheres was found to promote the precipitation of Cu-rich nanocrystals.Coupling of composition and dynamics heterogeneities was supposed to play a key role during phase separation preceding crystallization.     

ZrCuAlSi大块非晶合金变温晶化行为

利用铜模吸铸法制备Zr46.3Cu43.3Al8.9Si1.5(at%)大块非晶合金,利用示差扫描量热(DSC)仪研究合金连续升温过程中的晶化行为,利用Kissinger方法计算其特征温度表观激活能,利用Doyle方法计算其局域激活能。结果表明,Zr46.3Cu43.3Al8.9Si1.5大块非晶合金具有良好的热稳定性。利用Kissinger方法计算得到其玻璃转变激活能Eg为395.4kJ/mol、晶化起始激活能Ex为343.2kJ/mol、晶化峰的激活能Ep为343.0kJ/mol。Doyle方法计算其局域激活能表明,其晶化过程中,激活能明显越过一能量势垒后,再呈现逐渐减小的趋势。     

一种新的Cu基大块非晶合金非等温晶化动力学研究

采用铜模吸铸法制备了Cu56.4Zr31.02Ti6.58Al6大块非晶合金(BMGs),并利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和同步示差扫描量热仪(DSC)等手段对其晶体结构、晶化激活能和晶化机制进行了研究。利用y(a)和z(a)判据检测了不同晶化模型对于该BMGs初始晶化相晶化过程的适用性。结果显示:该BMGs初晶晶化产物为Cu10Zr7相,Starink-Zahra模型可以很好地描述其晶化机制。拟合参数λi不为零,故晶化过程中软碰撞作用不可忽视;Avrami指数n由2.5减小为2.3,其晶化过程为连续形核过程中伴随着晶核受扩散控制的三维方式长大,且形核速率不断减小。     

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。     

大块铁基非晶中硫化物析出行为研究

介绍一种使用工业生铁和工业铁合金制备的大块铁基非晶Fe66.6C7.1Si3.3B5.5P8.7Cr2.3Mo2.5Al2.0Co1.0S1,其最大直径可达7 mm.在快速凝固过程中,当温度到达Tg之前,硫化物粒子析出,而剩余合金液体将凝固成非晶基体,硫化物粒子析出并不会降低基体的非晶形成能力.本文从热力学角度分析了硫化物粒子的析出行为,证明该非晶合金不会析出硫化物粒子的最大含硫量为0.05％.     

热处理对铜基大块金属玻璃晶化过程的影响

利用差热分析仪（DSC）和X射线衍射仪（XRD）等研究了不同热处理方法对Cu60Zr20Hf10Ti10大块金属玻璃晶化过程的影响。结果表明,在698K退火1h,铜基大块金属玻璃的晶化激活能明显降低;在过冷液相区等温晶化时,随温度降低,晶化的孕育时间和过程都明显延长;不同温度下淬火处理对随后晶化过程影响很大。     

过冷液态Zr48Cu36Ag8Al8块体非晶合金的相分离及组织演变

本文通过x射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和透射电子显微镜(TEM)研究了退火温度对Zr₄₈Cu₃₆Ag₈Al₈金属玻璃微观结构演化的影响。结果表明,快速凝固获得的样品为典型的非晶态结构。当样品在703K保温20分钟时,均一的非晶基体相分离成两种非晶合金,即,发生相分离。由于相分离结构与非晶基体在等温退火过程是竞争的关系,这个结构很容易向晶化态进行转变,形成AlZr₂ AlAg₃相。Zr₄₈Cu₃₆Ag₈Al₈金属玻璃的微观结构在过冷液相区等温退火过程中经历了的局部结构转变,相分离以及纳米晶转变,这个过程意味着Zr₄₈Cu₃₆Ag₈Al₈金属玻璃的微观结构对退火温度十分敏感。此外,相分离的形成可以加速纳米晶的形成。     

组元改变对镧基大块金属玻璃晶化过程的影响

利用X射线衍射仪（XRD）和差热分析仪（DSC）等设备研究了组元改变对La65Al15NixCu20-x（x=5,10,15）大块金属玻璃晶化过程以及晶化动力学行为的影响。实验结果表明,组元改变对镧基大块金属玻璃晶化有较大影响．且随着加热速率增加,品化温度提高。随着镍含量增加,镧基大块金属玻璃的晶化激活能也明显提高。     

Mg-Cu-Y块体金属玻璃的塑性变形特性

通过对Mg-Cu-Y块体金属玻璃在深过冷液体区间塑性变形特性的研究，探讨了影响其塑性变形的因素及其影响规律。结果表明，加载温度和时间均对其塑性变形有明显的影响，在深过冷液体区间，要达到合适的变形量，加载温度和时间必须适中；Mg-Cu-Y块体金属玻璃在压缩条件下能够发生流变，较好地复制模具表面的显微形貌。同时，在加载条件下，Mg-Cu-Y块体金属玻璃更容易发生晶化。     

镁基块体金属玻璃基复合材料研究

在空气中采用普通铜模浇铸法制备了两种成分的Mg-Cu-Al-Y金属玻璃复合材料(Mg65Cu23Al2Y10和Mg65Cu20Al5Y10)试样。XRD分析表明,随着Al的加入,原本的非晶“馒头峰”上出现了晶体增强相的尖锐峰;DSC曲线中晶化放热峰表明两种合金基体为非晶态结构,相比于纯玻璃态时,复合材料的玻璃转变温度和初始晶化温度均下降,过冷液相区变窄,同时表现为多级晶化;尽管两种合金的成分只有细微差别,但微观组织却相差很大,当Al含量为2%时,显微组织中有明显的针状组织存在,而Al含量为5%时,为粒状组织。显微硬度测试表明:当Al含量为2%时,硬度值明显提高,均值达到了276HV,比完全非晶态下的硬度值高出42HV。     

镁基块体金属玻璃基复合材料研究

在空气中采用普通铜模浇铸法制备了两种成分的Mg-Cu-Al-Y金属玻璃复合材料（Mg65Cu23Al2Y10和Mg65Cu20Al5Y10）试样。XRD分析表明，随着Al的加入，原本的非晶“馒头峰”上出现了晶体增强相的尖锐峰；DSC曲线中晶化放热峰表明两种合金基体为非品态结构．相比于纯玻璃态时，复合材料的玻璃转变温度和初始晶化温度均下降，过冷液相区变窄，同时表现为多级晶化；尽管两种合金的成分只有细微差别，但微观组织却相差很大．当Al含量为2％时，显微组织中有明显的针状组织存在．而Al含量为5％时，为粒状组织.显微硬度测试表明：当Al含量为2％时．硬度值明显提高，均值达到了276HV，比完全非晶态下的硬度值高出42HV。     

Ti基大块金属玻璃的研究与应用

阐述了Ti基大块金属玻璃(BMG)的成分设计原则及制备方法，并对Ti基非晶合金及其部分晶化复合材料的力学性能及断裂机理进行了评述。结果表明：Ti基大块金属玻璃具有较高的断裂强度、弹性延伸率及一定的塑性延伸率，而经过部分晶化获得的非晶合金基纳米颗粒复合材料，其室温塑性获得很大的改善。在此基础上探讨了该合金目前所存在的问题、研究热点以及其应用前景。     

热力学和动力学因素对块体非晶合金玻璃形成能力的影响

从热力学和动力学原理出发,结合经典形核理论,阐述了焓变?Hf、熵变?Sf、Gibbs自由能的差?G、过冷熔体的黏度?和冷却速率等热力学与动力学因素对非晶合金玻璃形成能力的影响,以及这些参数之间的相关性,最后总结了由热力学与动力学因素引出的判断块体非晶合金玻璃形成能力的各种判据     

块状金属玻璃形成能力的研究与进展

大尺寸块状非晶合金的制备和形成能力的表征是目前非晶态合金研究的热点。介绍了科研人员在Inoue经验理论的指导下发现的判定块状金属玻璃形成能力的方法：①用合金摩尔熔化热判定金属玻璃形成能力：②南液相稳定性和抗晶化能力判定金属玻璃形成能力；③南于物理参数研究金属玻璃形成能力。探讨了热力学、动力学和合金液体微观结构3个因素对金属玻璃形成能力的影响。最后指出，块状金属玻璃形成能力的研究是一个比较复杂的问题，应该在积累更多经验的同时致力于研究出一套严谨的理论。     

Influences of Strain Rates on Fracture Mechanism and Phase Separation in Hf-Based Bulk Metallic Glass

采用INSTRON-5569试验机和分离式霍普金森压力杆对Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10大块金属玻璃在不同应变速率下(10-4~103s-1)的压缩断裂行为进行了研究。准静态压缩条件下Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10大块金属玻璃不呈现应变速率敏感性,断裂强度值最高可达2400 MPa,动态压缩条件下金属玻璃的屈服强度达到2840 MPa。在断裂面上可观察到涟漪状和周期性条纹结构,涟漪状结构表明宏观为脆性断裂的金属玻璃在微观尺度上属于韧性断裂,周期性条纹结构与动态扩展裂纹前端和弹性波的相互作用有关。高的应变速率导致高的断裂强度和绝热温度,局部区域的绝热升温引起了压缩过程中Al的偏析和扩散,这对剪切带和裂纹的形成起到一定的影响。     

(Zr-Cu-Al-Dy)-Ta非晶/结晶复合材料及其力学性能

在Zr-Cu-Al-Dy合金中添加难熔金属Ta,利用铜模铸造法制备出Zr基非晶/结晶复合材料。复合材料的形成过程可描述如下:在凝固过程中,熔体中首先析出富Ta固溶体,剩余熔体的成分逐渐接近原始非晶合金成分,且非晶形成能力随着富Ta固溶体的析出而提高,最终形成非晶基体。富Ta固溶体多呈树枝晶状分布于非晶基体中,多数树枝晶状的固溶体尺寸大于10μm,远大于剪切带的平均厚度(约10～20nm)。压缩试验结果:非晶/结晶复合材料的宏观塑性变形量从几乎为零提高到13.5%,断裂强度也从1850MPa提高到2050MPa。     

Nanowear of a Zr Based Bulk Metallic Glass/Nanocrystalline Alloy

THE VARIOUS PROPERTIES of bulk metallic glasseshave been extensively studied[1-4].Some resultsshowed that partial crystallization could improve themechanical properties of the bulk metallic glasses[5,6].There were some investigations about the wearproperty of bulk metallic glasses[7-11].For the ribbonof melt-spun metallic glasses,the experimental resultswere contradictory[12-15].Some results indicated thatthe metallic glass had better wear property than thecrystalline alloy with same c…