CuYSi-Mg60Cu30Y10块体非晶合金复合材料的晶化行为

采用差示扫描量热仪(DSC)在不同加热速率下研究Mg60Cu30Y10块体非晶合金及CuYSi-Mg60Cu30Y10复合材料,并利用Kissinger以及Doyle方法研究CuYSi颗粒生成后对块体非晶合金变温晶化行为的影响。结果表明:CuYSi颗粒生成后,复合材料的变温晶化行为依然具有动力学效应,但生成的CuYSi颗粒减小了复合材料玻璃转变行为对升温速率的依赖程度;同时,颗粒的生成增加了复合材料发生玻璃转变以及起始晶化时所需要克服的能量势垒,提高了材料的热稳定性;局域晶化激活能随着复合材料晶化体积分数的增加而减小。     

不同形态和热历史条件下Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的晶化行为

研究了不同形态Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶合金（块体和粉末）在不同升温和冷却条件下的晶化行为.发现Zr₅₅Al₁₀-Ni₅Cu₃₀在不同热历史下的晶化行为有较大差别.对于块体非晶合金,在常规热处理条件下,合金的升温和冷却速率较低,Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀块体非晶合金在初始晶化温度Tx以上开始晶化,形成CuZr₂纳米晶.随着热处理温度的升高,晶粒尺寸增大,当热处理最终温度超过熔点后,合金在随炉冷却过程中形成了粗大的CuZr₂板条+板条间（CuZr₂）+（Zr,Cu,Al,Ni）共晶组织;在激光熔凝条件下,合金的升温和冷却速率较高,Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀块体非晶合金随单点熔凝次数的增加,晶化效应逐渐累加,热影响区中逐渐出现微米级球晶的弥散析出,并长大,随后失稳形成沿熔池边界带状分布,尺寸可达几百微米的等轴晶.对于粉末非晶合金,由于Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶粉末的冷却强度不如块体非晶,冷却速率较块体低,造成粉末颗粒在激光熔凝过程中晶化为微米级的等轴枝晶,并随着激光能量的升高,等轴枝晶尺寸增大.     

Mg60Cu30Y10块体非晶合金的变温晶化行为

采用示差扫描量热仪(DSC)得到Mg60Cu30Y10块体非晶合金在不同加热速率下的DSC曲线。利用Losocka、Kissinger以及Doyle方法研究了Mg60Cu30Y10块体非晶合金的非等温晶化动力学。结果表明:Mg60Cu30Y10块体非晶合金具有良好的热稳定性。通过Kissinger方法计算得到的其玻璃转变激活能(Eg)、晶化激活能(Ex)以及晶化峰值激活能(Ep)分别为160.07 kJ/mol、136.11和145.19 kJ/mol。随着加热速率的提高,各特征温度值向高温端移动。局域晶化激活能随着复合材料晶化体积分数的增加先增大后减小。     

高能球磨Ti55.5Cu18.5Ni17.5Al8.5合金非晶化研究

采用机械合金化(MA)制备出Ti_(55.5)Cu_(18.5)Ni_(17.5)Al_(8.5)非晶粉末。利用X射线衍射仪(XRD)、示差扫描量热分析仪、扫描电镜、透射电镜等研究了不同球磨时间粉末的微观形貌以及非晶化行为,探讨了非晶化对合金硬度的影响。结果表明,首先随着球磨时间的增加,微观组织的演变规律是合金晶粒逐渐变小,出现纳米晶化合物;随后纳米晶化合物内部发生局部结构长程无序化,纳米晶化合物分割成更为细小的纳米晶;最终纳米晶颗粒完全非晶化。从原子尺度证明了非晶化的主要原因是高能球磨过程中发生了剧烈塑性变形,形成了高密度位错以及严重的晶格畸变,最终导致原子长程无序化从而形成非晶。球磨引起加工硬化和非晶晶化,使得球磨后的合金粉末硬度显著增加。     

离子辐照对Zr50.7Cu28Ni9Al12.3非晶合金力学性能的影响

非晶合金有潜力成为新一代核材料,离子辐照对其力学性能的影响决定了其使用价值。在不同剂量的Au离子辐照下,探讨了Zr_(50.7)Cu_(28)Ni_9Al_(12.3)非晶合金力学性能的变化过程。原子力显微镜以及正电子湮没寿命谱分析表明,在离子辐照后,非晶合金的自由体积尺寸增大、密度下降,总自由体积增加。透射电子显微镜分析表明,辐照剂量在达到50 dpa时非晶合金开始有纳米晶析出,随着辐照剂量的增加,纳米晶尺寸在增加、密度变大。纳米压痕试验表明,离子辐照后非晶合金的硬度减小,在高剂量时硬度又有增加的趋势。离子辐照下非晶合金的硬度变化是自由体积以及纳米晶竞争的结果。自由体积使非晶合金软化,纳米晶析出使非晶合金硬化。     

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。     

Zr61Cu25Al12Ti2和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5块体非晶合金过冷液相区的塑性流变行为

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了块体非晶合金Zr₆₁Cu₂₅Al₁₂Ti₂（ZT1）和Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅（Vit105）过冷液相区的压缩变形性能及其流变行为。结果表明,温度和应变速率影响其在过冷液相区的变形模式,主要包括3种典型方式：低温或高应变速率时局部剪切导致的脆性断裂,较高温度或者低应变速率时的Newtonian流变,中温区间或者较高应变速率时的非Newtonian流变。给出了2种合金Newtonian流变向非Newtonian流变转变的边界条件及过冷液相区的变形图。当压缩应变速率小于1×10^-3s^-1时,ZT1和Vit105分别在678～703 K和703～738 K温度区间表现出Newtonian流变行为,适合进行热塑性加工。利用自由体积模型分析发现,与ZT1相比,Vit105合金的流变激活体...     

ZrCuNiAlTi块体非晶合金的变温晶化行为

研究了Zr56．6Cu17．3Ni12.5Al9．6Ti4（at．％）块体非晶合金连续升温过程中的晶化行为。结果表明，随着升温速度的增加，特征温度Tg，Tx，Tp1，Tp2均向高温区移动，特征温度与升温速度的关系可以用一次指数衰减关系拟合。采用Kissinger法和Ozawa法分别计算了特征温度对应的激活能Eg，Ex，Ep1，Ep2。由于不同升温速度下特征温度对应的晶化体积分数几乎不变，因而，采用Kissinger法计算结果与Ozawa法的计算结果呈现一致性。Eg，Ex，Ep1，Ep2之间的大小关系为：Eg≈Ep1≈Ep2〈Ex。     

高热稳定性Zr60Al10Co22Ag8非晶合金团簇玻璃相形成与分解

通过引入具有正混合焓和大原子尺寸差的Co-Ag原子对、降低Zr元素含量,设计出一种高热稳定性的Zr₆₀Al₁₀Co₂₂Ag₈非晶合金,采用真空熔融甩带法制备出合金非晶条带。将非晶条带在不同温度下进行退火,通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了非晶条带的结构特征、晶化行为,探讨了Zr₆₀Al₁₀Co₂₂Ag₈非晶合金中团簇状非晶相的形成及其对合金热稳定性的作用。结果表明,Zr₆₀Al₁₀Co₂₂Ag₈熔纺条带形成了完全非晶相(Fully amorphous phase, am),加热时存在2个结晶放热峰。在高于T_x1温度下退火后形成了团簇状非晶相(Clustered glass phase,C-glass),即使退火时间高达24小时,Zr₆₀Al₁₀Co₂₂Ag₈合金仍表现为原子排布无序结构。其晶化行为为：[am] → [C-glass] → [C-glass’ + Al₂CoZr₆ + AgZr + Ag₂Al] → [Al₂CoZr₆ + AgZr + AlZr₃](其中,C-glass’为结晶残余团簇状非晶相)。具有正混合焓和大原子尺寸差的Co-Ag原子对的大量存在,导致组成元素长程重排困难,使得团簇状非晶相抵抗晶化的能力极高。这种形成团簇状非晶相、在较宽退火条件下具有抵抗晶化能力的非晶合金,为新型耐热非晶合金提供了新的设计思路。     

退火对Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金晶化过程及压缩性能的影响

通过差示扫描量热法、X射线衍射和压缩性能测试等研究了退火对Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶合金晶化过程和压缩性能的影响。结果表明：Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶合金的玻璃转变温度和晶化行为与升温速率有关,随着升温速率的增加,玻璃转变温度T_g、初始晶化温度T_x、第一放热峰温度T_p1和第二放热峰温度T_p2均有所增加。Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶合金在T_g以下的温度退火时,合金处于非晶态。合金在过冷液相区加热并保温足够的时间将发生相分离或晶化现象。F-Zr₂Ni和tP-Al₂Zr₃相的析出与退火温度和保温时间有关,而tI-Zr₂     

Effect of hydrostatic pressure on the decomposition behavior of Cu54Zr22Ti18Ni6 bulk metallic glass alloy in supercooled liquid region

The effect that hydrostatic pressure has on the decomposition behavior in Cu₅₄Ni₆Zr₂₂Ti₁₈ bulk metallic glass (BMG) alloy was assessed using samples, which were isothermally annealed in the supercooled liquid region (SLR) with and without application of hydrostatic pressure. During subsequent annealing for the thermal analysis, the samples annealed under hydrostatic pressure displayed a slower crystallization process in the SLR, which is attributed to a retarded compositional decomposition of the BMG alloy under pressure.     

一种具有优异玻璃形成能力的Zr50Ti5Cu27Ni10Al8大块非晶合金的开发

多组元的Zr基非晶合金成分的复杂性对开发具有优异玻璃形成能力的Zr基非晶合金提出巨大的挑战。另外,大部分Zr基非晶合金含有有毒元素Be或者贵金属。因此,采用一种简单有效的方法开发无毒无贵金属元素的多组元Zr基非晶合金十分必要。本文中采用二元共晶比例法和部分元素替代法快速的开发出了一种新的临界尺寸大于10mm的 Zr50Ti5Cu27Ni10Al8非晶合金。这个非晶合金的热稳定性和硬度也通过原位高温X射线衍射和纳米压痕方法测量得出。     

Mechanical properties of monolithic Zr62Al8Ni13Cu17 bulk metallic glass

We present mechanical properties of monolithic bulk metallic glass (BMG) Zr₆₂Al₈Ni₁₃Cu₁₇ under uniaxial compression and tensile tests. It is found that the Zr₆₂Al₈Ni₁₃Cu₁₇ BMG exhibits pronounced plasticity of nearly 14% without catastrophic failure upon compression. However, it is destroyed under tension in a brittle manner. High energy X-ray diffraction has been used to detect the structural change in this BMG during both conditions. No deformation-induced nanocrystallization is detected in a 55% strained sample under compression while it only appears in the fracture-affected region upon tension. No excess free volume is obviously found in the fractured samples. We suggest that monolithic BMG alloys with small differences in atomic affinity and atomic sizes among components might have high plasticity under compression.     

Investigation of glass forming ability and crystallization kinetics of Zr63.5Al10.7Cu10.7Ni15.1 bulk metallic glass

The glass forming ability, thermal stability and non-isothermal crystallization kinetics of Zr_63.5Al_10.7Cu_10.7Ni_15.1 glass forming alloy were investigated. Its maximum glass forming dimension is up to 6 mm and its critical cooling rate is less than 40 K s⁻¹. It manifests two crystallization procedures and the second crystallization peak is more sensitive to heating rate than the first crystallization peak. The glass transition and crystallization both have remarkable kinetics effects. The ms fitted by Arrhenius and VF equations are consistent with each other. Small m value about 17 indicates better thermodynamic stability and GFA of Zr_63.5Al_10.7Cu_10.7Ni_15.1.     

Calorimetric study of non-isothermal crystallization kinetics of Zr60Cu20Al10Ni10 bulk metallic glass

The non-isothermal differential scanning calorimetric techniques were used to evaluate the thermal stability and crystallization kinetics of Zr₆₀Cu₂₀Al₁₀Ni₁₀ bulk metallic glass. Various models were used to analyze the non-isothermal DSC at the heating rates (?) ranging from 1 to 80 K/min. The Kissinger equation, Ozawa equation, Augis-Bennett equation, Lasocka equation, and Vogel-Fulcher-Tammann non-linear equation were employed to describe the relationship between the crystallization peak temperatures and the heating rates. The overall crystallization activation energies of the metallic glass were estimated using the Kissinger, Ozawa and Augis-Bennett methods, respectively. The local activation energies at various volume fraction of crystalline phases were obtained by general Ozawa's isoconversional method. The crystallization kinetics was specified by a function reflecting crystallization mechanism. It has been found that a critical heating rate exists at around 20 K/min, beyond which the shapes of the DSC curves and the various relationships are varied. The crystallization process of the metallic glass can be divided into two groups, i.e. a slow heating rates region with ? = 1-20 K/min, and a rapid heating rates region with ? = 30-80 K/min. The overall crystallization activation energy for the slow heating rates regions is much larger than that for the rapid heating rates region. The crystallization activation energy derived from the Kissinger's peak temperatures is 326.4 ± 11.3 kJ/mol for the slow heating rates region, and 202.2 ± 26.6 kJ/mol for rapid heating rates region, respectively. The crystallization mechanisms were discussed with Johnson-Mehl-Avrami (JMA) and normal grain growth (NGG) mode. The crystallization mechanisms are different for the two heating rates regions. A transition point was found at the NGG-controlled crystallization stage for the higher heating rates, while it was absent for the slower heating rates.     

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。     

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。     

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。     

Zr53.7Ni9.4Cu28.5AI8.4块体金属玻璃的激光焊接

采用激光焊接技术对Zr53.7Ni9.4Cu28.5Al8.4块体金属玻璃进行焊接试验,研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响,探讨了焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明,固定激光功率1 200 W,焊接速度从8 m/min提高到30 m/min,均成功获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝熔化区保持了非晶结构,热影响区则出现不连续的呈弧形分布的点状晶粒。随着焊接速度的提高,热影响区的晶粒尺寸逐渐减小。