稀土Gd掺杂对锆基块体非晶合金玻璃形成能力及力学性能的影响

适量的Gd掺杂可提高Zr50.7Cu28Ni9Al12.3块体非晶合金的玻璃形成能力,当Gd元素掺杂量(原子分数)为1%时,即(Zrs0.7Cu28Ni9Al12.3)99Gd1,柱状非晶合金直径可达16 mm(不掺杂时为14 mm).稀土Gd掺杂降低了锆基块体非晶合金的断裂强度与塑性变形能力.随着Gd含量的增加,其断裂方式由单一的剪切断裂转变为剪切断裂与破碎断裂的复合形式,且含Gd元素掺杂的非晶合金断口呈现了脉状纹络与纳米周期性条纹共存的特征.     

浇注温度对锆基块体合金非晶形成能力和力学性能的影响

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法以不同的浇注温度制备出四个一组直径3 mm的Zr55Al1ONi5Cu30合金试样,研究了浇注温度对锆基块体合金非晶形成能力、力学性能和组织的影响.研究结果表明,提高浇注温度可以增加锆基块体合金非晶形成能力和热稳定性;当铸造电压从7 kV提高至10 kV时,过冷液相区△Tx和参数γ分别从73 K增至89K,从0.413增至0.417;同时在一定温度范围内提高浇注温度可以提高错基块体非晶合金的压缩断裂强度和轻微的降低塑性.当铸造电压升高至10 kV时,不但可以提高Zr55Al10Ni5Cu30合金试样的压缩断裂强度,同时提高其塑性,并对此原因进行了分析.     

Co对Ti-Zr-Be-Cu块体非晶形成能力及热稳定性的影响

采用铜型铸造法制备直径为12mm的Ti35Zr30Be27.5-xCu7.5Cox(x=3.5,7.5,11.5)系列块体非晶合金。采用X射线分析(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)研究了Co元素含量变化对Ti-Zr基合金的非晶形成能力、结构变化以及热稳定性的影响。结果表明,随着Co元素替代部分Be元素(x=3.5,7.5),合金的非晶形成能力由5mm显著提高到12mm,进一步增加Co元素含量(x=11.5)时,非晶形成能力迅速降低,其形成能力不足5mm;但随着Co含量的变化,Ti35Zr30Be27.5-x Cu7.5Cox(x=3.5,7.5,11.5)系列块体非晶合金的玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx分别从x=0时的636K和718K降低到x=11.5时的612K和647K。讨论了Co元素的添加对Ti35Zr30Be27.5-xCu7.5Cox(x=3.5,7.5,11.5)合金结构变化的影响。     

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％。     

一种Zr基非晶合金/纯铜焊接组织研究

以玻璃形成能力较强的Zr基非晶合金作为研究对象,对Zr_(41.2)Ti_(13.8)Ni_(12.5)Cu_(10)Be_(22.5)非晶合金初始显微结构进行分析,采用热压法对Zr基非晶合金/纯铜的进行了焊接。研究结果表明:通过氩气保护热压法可成功实现Zr基非晶合金/纯铜的焊接,并达到原子级别的冶金结合。当扩散温度为653 K时,在界面附近非晶基体处基本保持非晶态,但是当温度为663 K时,在靠近非晶侧有大量纳米晶形成。因此,扩散温度是影响Zr基非晶合金/纯铜界面微结构的关键因素。     

EFFECT OF Gd ADDITION ON THE GLASS FORMING ABILITY AND MECHANICAL PROPERTIES IN A Zr–BASED BULK AMORPHOUS ALLOY

适量的Gd掺杂可提高Zr_50.7Cu₂₈Ni₉Al_12.3块体非晶合金的玻璃形成能力, 当Gd元素掺杂量 (原子分数) 为1%时, 即(Zr_50.7Cu₂₈Ni₉Al_12.3)₉₉Gd₁, 柱状非晶合金直径可达16 mm (不掺杂时为14 mm). 稀土Gd掺杂降低了锆基块体非晶合金的断裂强度与塑性 变形能力. 随着Gd含量的增加, 其断裂方式由单一的剪切断裂转变为剪切断裂与破碎断裂的复合形式, 且含Gd元素掺杂的非晶合金断口呈现了脉状纹络与纳米周期性条纹共存的特征.     

Gd含量对Cu50Zr42Al8非晶形成能力及热稳定性的影响

利用铜模铸造法成功制备了锥形Cu50-xZr42Al8Gdx(x=0、1、2、3、4、5)块体非晶合金,采用XRD、DSC研究了Gd的添加对该合金体系非晶形成能力(GFA)和热稳定性的影响.结果表明,x=2,4时的合金非晶形成能力最大,非晶合金的临界尺寸为6～7 mm,这也说明适量Gd的添加可以促进非晶的形成能力.加入稀土元素2%Gd后,非晶合金具有最好的热稳定性(ATx=69K),但随着Gd含量的增加,过冷液相区△Tx逐渐减小.本实验中,约化玻璃转变温度Trg和参数γ不是十分的吻合,而具有相对小的△Tx值的合金却有着相对大的非晶形成能力,这意味着非晶合金的非晶形成能力与其热稳定性没有必然的联系.     

Ce基非晶合金的研究进展

Ce基块体非晶合金具有低弹性模量、低玻璃化转变温度、良好非晶形成能力等特点,与传统的Zr基、Ti基、Fe基、Pd基等体系的块体非晶合金相比,Ce基块体非晶合金在过冷液相区内进行均匀塑性变形加工时所需的温度条件更低,由于具有与塑料材料相似的低温热塑性行为特征,因此也被人们称为金属塑料。本文主要介绍了Ce-Al-M、Ce-Al-Cu-X、Ce-La系和Ce-Ga系等块体非晶合金体系,并结合Ce基块体非晶合金不同于传统非晶合金的独特微观结构特征和性能优势,对其在微器件制造、数据存储等领域的应用前景进行了讨论,同时针对Ce基块体非晶合金研究目前存在的问题以及未来发展的方向进行了分析。     

Cu模吸铸法制备Cu-基块体非晶合金

采用磁悬浮熔炼和Cu模吸铸工艺成功制备了圆棒Cu50Zr42Al8块体非晶合金，试样表面平滑且具有典型的金属光泽。试验制备的圆棒Cu50Zr42Al8块体非晶合金的直径尺寸小于Ф5mm，该成分的块体非晶合金具有较强的非晶形成能力，其玻璃转变温度Tg=723K，晶化温度t=773K，过冷度△T=50K，约化玻璃转变温度Trg=0.753。     

Zr基非晶合金力学性能的研究进展

Zr基非晶合金具有很强的非晶形成能力,可在小于103K/s临界冷却速率条件下获得.近年的研究表明,Zr基非晶合金具有高强度、超塑性、高弹性、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和优异的加工成形等性能,有着广阔的应用前景.本文总结了Zr基非晶合金的形成机理,着重对Zr基非品合金的力学性能、耐腐性能、加工性能等进行了综述.     

Y、Gd、La和Ce对Zr(-Ti)-Cu-Ni-Al非晶形成能力和力学性能的影响

为了控制Zr(-Ti)-Cu-Ni-Al非晶合金中的O含量,进而改善其玻璃形成能力和力学性能,本研究基于稀土元素与O的强相互作用,向合金中添加Y、Gd、La和Ce等元素。使用铜模浇铸制备非晶合金,利用DSC、XRD和TEM对其非晶形成能力和微观结构进行分析,通过压缩试验和SEM对其力学性能及断裂方式进行表征。结果表明:Y的添加对合金的非晶形成能力具有较大的提升,在相对较低真空的气氛下,可制备出直径10mm以上的块体非晶,抗压缩断裂强度达1950 MPa。     

Co元素对Ti-Zr-Be-Cu块体非晶合金力学性能的影响

采用铜模铸造法制备了Ti35Zr30Be27.5-xCu7.5Cox(x=0,3.5,7.5,11.5)系列块体非晶合金。采用X射线衍射仪(XRD)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Co元素添加对Ti-Zr基非晶合金力学性能的影响。结果表明,Co元素适量替代Be元素有利于提高该非晶合金的塑性。当Co含量(摩尔分数)为3.5%时,Ti35Zr30Be24Cu7.5Co3.5块体非晶合金具有最高的断裂强度及塑性应变,分别为2 196MPa和4%;Co含量为7.5%时,非晶合金断裂强度、塑性应变均迅速降低,分别为2 062 MPa和1.5%;进一步增加Co含量至11.5%时,合金的断裂强度又提高到2 106 MPa,而塑性应变仅为0.2%。     

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.     

Nb、Ta等元素对Zr基大块非晶非晶形成能力及耐腐蚀性影响机理研究

  用计算机编程构造了Zr基非晶合金包含二十面体原子团簇的Zr₂Ni晶体相.用Zr₂Ni晶体相中以Ni原子为中心的二十面体原子团簇模拟Zr基非晶中二十面体团簇.应用实空间的递归方法计算了合金元素取代二十面体原子团簇中心和顶角位置原子时的局域态密度、二十面体原子团簇中中心Ni原子与其近邻合金元素Nb、Ta、Ti、V的总键级积分及团簇的费米能级.结果表明,Nb、Ta、Ti和V取代Zr原子后使其与Ni的键级积分有所降低,使合金的非晶形成能力下降,但Nb、Ta对合金的非晶形成能力影响不大;Nb、V取代Zr使费米能级升高,可使Zr基非晶容易钝化,提高耐蚀性;Ta对Zr基非晶的耐蚀性影响不大.而Ti使Zr基非晶的钝化能力下降.综合合金元素对非晶形成能力和耐腐蚀性的影响,Nb是最有益的合金元素,即在Zr基非晶中,通过加入少量的Nb元素,可以制备出具有较高耐腐蚀性的大块非晶.     

Y含量对Cu-Zr基非晶合金力学性能影响的分子动力学模拟

为缩短采用单一实验法研发新型Cu-Zr基非晶合金的周期和降低开发成本,采用分子动力学模拟方法研究了 Y含量对Cu-Zr基非晶合金力学性能的影响,利用形成焓法确定了 Y掺杂易于占据Zr原子位置.模拟制备了Cu64Zr64、Cu64Zr63Y、Cu64Zr59Y5和 Cu64Zr54Y9(对应地改写为原子百分比,即为 Cu...     

Gd的添加对Cu基块体非晶玻璃形成能力、热稳定性及压缩性能的影响(英文)

为研究铜基块体非晶的塑性以及稀土元素对其力学性能的影响,采用悬浮熔炼-铜模吸铸法制备了直径为3mm、成分为Cu50-xZr42Al8Gdx(x=0,2,4)的合金圆棒。利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)分别对合金的结构和热稳定性进行了测定。并通过对试样压缩性能测试以及断口形貌的观察,研究了添加稀土元素Gd对Cu基块体非晶的力学性能及断裂行为的影响。结果表明:Cu50-xZr42Al8Gdx(x=0,2,4)合金圆棒的结构为明显的非晶相,试样具有较高的热稳定性和较好的玻璃形成能力。随着稀土元素Gd含量的增加,Cu基块体非晶的脆性逐渐增强。断裂方式均为脆性断裂。     

Gd的添加对Cu基块体非晶玻璃形成能力、热稳定性及压缩性能的影响(英文)EI北大核心CSCD

为研究铜基块体非晶的塑性以及稀土元素对其力学性能的影响,采用悬浮熔炼-铜模吸铸法制备了直径为3mm、成分为Cu50-xZr42Al8Gdx(x=0,2,4)的合金圆棒。利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)分别对合金的结构和热稳定性进行了测定。并通过对试样压缩性能测试以及断口形貌的观察,研究了添加稀土元素Gd对Cu基块体非晶的力学性能及断裂行为的影响。结果表明:Cu50-xZr42Al8Gdx(x=0,2,4)合金圆棒的结构为明显的非晶相,试样具有较高的热稳定性和较好的玻璃形成能力。随着稀土元素Gd含量的增加,Cu基块体非晶的脆性逐渐增强。断裂方式均为脆性断裂。     

Zr-Al-Co-Er-Cu系块体非晶合金的形成及其力学性能和腐蚀行为

制备了具有高非晶形成能力的Zr-Al-Co-Er-Cu系非晶块体合金,并研究了Cu元素对Zr-Al-Co-Er块体非晶合金的形成、力学性能和腐蚀行为的影响。研究表明以适量的Cu元素替代Zr-Al-Co-Er合金的Co元素有利于非晶形成能力的提高和力学性能的改善。其中,Zr49Al20Co23Er6Cu2非晶合金的临界直径达6mm,压缩断裂强度达到1950MPa,表现出1.4%的塑性变形。Zr49Al20Co25-xEr6Cux(x=0～8at%)非晶合金在1mol/LH2SO4、3%NaCl(质量分数,下同)溶液中的均发生自钝化,并且具有较低的钝化电流密度。Cu含量的变化对Zr-Al-Co-Er-Cu非晶合金的腐蚀行为没有明显影响。     

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。     

Gd含量对Zr48-xCu45Al7Gdx非晶形成能力与力学性能的影响

采用高真空电弧熔炼喷射成形法制备Zr48-x Cu45Al7Gdx(x=0～7)大块非晶。利用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、压缩试验和硬度试验分别研究Gd含量对合金非晶形成能力,组织形貌与断口形貌和力学性能的影响。结果表明,Gd含量对合金系的非晶形成能力和力学性能有显著影响,Gd含量为(2～5)at%时,可制得直径4 mm大块非晶,非晶合金具有较大过冷液相区ΔTx(73～79 K),约化玻璃转变温度Trg(0.694～0.698)。合金由无特征非晶组织构成,抗压强度σb为1768～1794 MPa,HV硬度为5.08～5.32 GPa。压缩试验中,试样以纯弹性变形方式发生脆性断裂,断口光滑平整,为典型脉络状花纹。