块体金属玻璃制备技术的研究进展

主要介绍了块体金属玻璃的连接技术、放电等离子烧结法和电磁振动法等制备块体金属玻璃的新技术手段。块体金属玻璃的连接技术包括激光焊、爆炸焊、电子束焊、熔融液相连接法和摩擦焊等。采用焊接的方法可将块体金属玻璃连接在一起,以形成大尺寸甚至超大尺寸的块体金属玻璃;放电等离子烧结可在很短时间内制备多孔、大尺寸和具有一定塑性的块体金属玻璃,在制备具有优异软磁性能的块体金属玻璃上也具有显著优势;电磁振动法可以有效抑制晶体形核,显著提高块体金属玻璃体系的玻璃形成能力,从而制备更大尺寸的块体金属玻璃。     

超高比强度铝基块体金属玻璃面世

20世纪80年代,美国弗吉尼亚大学Pooh研究组和日本东北大学Inoue研究组分别发现越基合金可通过快速凝固技术形成非晶态结构。Al基非晶态合金及其部分结晶后形成的纳米复合薄带材料表现出超高的比强度（5．2×10^5Nmkg^-1）及良好的塑性,被认为是极具应用前景的新一代超高强度轻质合金。然而,与Pd、Mg、Zr、Fe等合金相比,灿基合金的玻璃形成能力较低,无法通过熔体浇铸直接形成尺度大于1mm的块体材料。舢基金属玻璃块体材料的获得主要依赖于粉末固结的途径。探索具有高玻璃形成能力、可通过熔体直接浇铸形成块体材料的合金体系始终是人们追求的目标。     

块体金属玻璃的加工硬化行为

块体金属玻璃(BMG)具有高强度、高硬度和大的弹性应变极限等独特的力学性能。然而由于缺乏位错、孪生等晶态缺陷,金属玻璃通过高度局域化的剪切带发生塑性变形,因此其通常不显示加工硬化行为,而发生应变软化和/或热软化。这导致了BMG早期灾难性失效,极大地限制了其广泛的工程应用。然而近年来,人们在一些单相BMG材料中观察到了明显的加工硬化行为。这引起了工程界学者的极大兴趣,也引发了关于金属玻璃加工硬化起源机制的讨论。目前人们对于金属玻璃的结构如何影响其性能和形变行为的理解还非常有限,BMG的加工硬化起源仍是当前颇具争议的研究热点。但总的说来,BMG的加工硬化行为与外加应力(能量)引起的内部结构改变,包括多重剪切带的形成、自由体积的演化和纳米晶化行为等密切相关,并最终涉及其变形过程中的剪切带行为。Cu47.5Zr47.5Al5是被最早报道的可加工硬化的塑性BMG。相关研究认为,合金中存在的不同尺度的化学和/或结构非均匀性促进了材料变形过程中多重剪切带的形成和增殖;而大量剪切带在三维方向上的交互作用导致了材料流变应力的增加,从而引起加工硬化。这就是BMG的加工硬化机理,该理论最早由Das等提出,后来被更多研究所证实。之后,研究者们在某些BMG加载-卸载循环纳米压痕试验中观察到了应变硬化-软化现象,并提出了BMG加工硬化的"自由体积模型"。他们认为,外加剪应力的改变导致了非晶结构内部净自由体积的变化,进而通过其对塑性变形微区剪切带行为的影响引起材料硬度的变化。Chen等在对均质结构的Cu50Zr50非晶条带进行弯曲变形后,检测到剪切带内原位纳米晶化,并基于对剪切带-纳米晶相互作用的实验观察,发展了形变诱导纳米晶化导致的应变硬化机制。这些工作丰富和发展了BMG加工硬化的基本原理及其研究方法。本文简要介绍了通常用来评估金属材料加工硬化能力的方法 /参数,并概述了金属玻璃中的剪切带行为;在此基础上,通过对几种典型的BMG加工硬化行为的分析,归纳性地讨论了BMG加工硬化起源可能的机制,以期为研究BMG的力学行为、开发性能优异的塑性BMG结构材料提供参考。     

单晶硅非平衡磁控溅射等离子体基离子注入钼的XPS研究

采用非平衡磁控溅射及射频激励产生金属等离子体，在单晶基体Si上等离子体基离子注入钼。选择不同的靶基距，即不同的Mo沉积速率，研究了沉积速率对Si中Mo注入层的影响，用X光电子能谱(XPS)对注入层中Mo的深度分布和化学态进行了分析。结果表明注入过程由两部分组成，即反冲注入(包括级联碰撞引起注入原子的位移)和金属的纯注入。随靶基距增大，沉积速率减小，样品表面沉积层厚度减小，注入层增厚。靶基距为300mm时，纯注入层厚度与理论计算值接近。XPS多道分析判断有MoSi2相生成。     

PFA基GC的结构表征-XPS分析

采用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）研究了聚糠醇（ＰＦＡ）制备玻璃炭（ＧＣ）过程中的元素组成、相对含量以及表面含氧官能团的类型,结果表明：ＰＦＡ基ＧＣ的主体元素组成为Ｃ、Ｏ（Ｈ除外）。其中Ｃ元素大多以类石墨碳形式存在,表面含氧基团以羟基、 基为主并伴有一定数量的羰基、羧基、酯基等。     

Bi2O3-Li2O玻璃的结构研究

用Ｘ射线光电子能谱和拉曼光谱方法研究了Ｂｉ_２Ｏ_３－Ｌｉ_２Ｏ系玻璃的结构．Ｘ射线光电子能谱显示Ｂｉ_２Ｏ_３－Ｌｉ_２Ｏ玻璃的Ｏ１ｓ电子结合能非常低,甚至低于碱硅酸盐玻璃中断桥氧的Ｏ１ｓ电子结合能,并且Ｏ１ｓ电子结合能随着氧化锂含量的增加而增加．拉曼光谱显示随着氧化锂含量的增加,位于高波数的拉曼振动带朝着更高的方向移动并且强度增加,而位于低波数的拉曼振动带朝着更低的方向移动并且强度下降;这反映了此系玻璃结构中的铋氧多面体的变形程度随Ｌｉ_２Ｏ含量的增加而增加．     

酸碱处理对磷酸盐激光玻璃表面的侵蚀研究

通过添加重金属钡的酸碱溶液, 在不同外界条件下, 研究了磷酸盐激光玻璃表面结构在酸碱侵蚀过程的反应机理. 结果表明, 酸碱对磷酸盐激光玻璃的侵蚀过程主要包括金属阳离子析出和[PO₄]网络结构破坏等两个重要过程. 金属阳离子的析出主要是非桥氧结构P-O-M(M为K⁺、Ba²⁺、Al³⁺等阳离子)在酸碱作用下生成P-O-H基团, 而[PO₄]网络结构的破坏则是指玻璃网络原有的Q²结构在酸碱的侵蚀下逐渐向Q¹和Q⁰转变. 据此, 推导了磷酸盐激光玻璃在酸碱侵蚀过程中的反应模型.     

Zr基块体非晶合金的氧化机制研究

用热重法研究了Zr_(58)Cu_(16)Ni_3Al_(10)Nb_3块体非晶合金在玻璃态温度(Tg=657 K)和过冷液相区(Tg=657 KTTx=759 K)不同时间(1.5 h和126 h)的等温氧化过程,同时比较了在玻璃态温度下623 K和过冷液相区673 K下,长时间126 h等温氧化的产物和基体结构。实验结果表明,在短时间1.5 h等温氧化,573K—673 K,氧化产物均为t-Zr O_2,基体为非晶态结构。玻璃态温度下623 K氧化速率变化与时间成线性关系,而过冷液相区氧化速率存在高速增长阶段(0—1 h),速率降低阶段(1 h—6.5 h)和稳定低速阶段(6.5 h—126h)。晶化与过冷液相区长时间氧化机制有密切关系。     

Ti基金属玻璃复合材料的腐蚀行为

采用水冷铜坩埚悬浮熔炼-铜模吸铸法制备了直径为3mm的(Ti0.5Ni0.5)80Cu20金属玻璃复合材料试样,对合金的组织结构进行表征,用电化学工作站三电极体系测试了不同腐蚀介质中的动电位极化曲线,并分析表征电化学腐蚀后的形貌和腐蚀产物。结果表明:合金组织由非晶基体+形状记忆晶体相组成,在铸造过程的温度梯度下呈现梯度组织,边缘为快冷形成的无序密堆非晶结构,心部主要析出相为过冷奥氏体相。在人工海水和模拟人体的PBS溶液中,合金均表现出良好的耐蚀性。与晶态TC4合金相比,自腐蚀电位高,腐蚀的热力学倾向小;自腐蚀电流密度低,极化电阻高,腐蚀的动力学速率低。合金在PBS溶液中由于介质中活性阴离子浓度低,比在人工海水中表现出更优异的抗蚀性。在腐蚀形貌中未发现点蚀坑,边缘区的氧化膜较心部区域更为致密均匀。     

Zr-Al-Ni-Cu大块非晶合金的电化学腐蚀行为研究

用电化学方法研究了 6种不同成分的大块非晶合金、与非晶成分相对应的两种晶态合金和纯Zr在 0 .1mol/LNa2 SO4 溶液中的腐蚀行为 ,结果表明 ,6种非晶样品中 ,有 4种具有高耐蚀性能 ,其中 ,成分为Zr65Al7.5Ni10 Cu17.5的样品具有最低的icorr值 1.38× 10 - 2 μA·cm- 2 。两种具有相同成分的非晶与晶态合金相比 ,晶态合金具有更低的icorr值。在 9种实验样品中纯Zr具有最低的icorr值 7.10× 10 - 3 μA·cm- 2 。     

Mg-Cu-Y基大块金属玻璃的研究进展

综述了近几年来Mg-Cu-Y基大块金属玻璃在玻璃形成能力和性能上的研究进展,阐述了各种合金化元素对提高玻璃形成能力和性能的作用机理,并提出了Mg-Cu-Y基多元非晶合金成分的选择依据.最后分析了Mg基大块金属玻璃目前存在的问题,并就以后Mg基非晶合金的发展动向进行了展望.     

Galvanic Corrosion and Mechanical Behavior of Fiber Metal Laminates of Metallic Glass and Carbon Fiber Composites

The possibility of galvanic corrosion typically prohibits the pairing of carbon fiber and aluminum in a fiber metal laminate (FML). In this study, the authors describe a new type of FML comprised of alternating layers of bulk metallic glass (BMG) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite. The authors compare the galvanic coupling and mechanical behavior of an Al‐based FML and a BMG‐CFRP FML. Results show that when paired with CFRPs, BMG exhibits far less galvanic corrosion than aluminum paired with CFRP. In fact, the corrosion between BMG and CFRP is similar in magnitude to the corrosion between aluminum and glass fiber, the two constituent materials of GLARE, the most widely used FML. While interlaminar shear strength and flexural strength are similar for both FML types, the tensile strength and modulus of BMG‐based FMLs are greater than those of Al‐based FMLs.

     

Fabrication of Porous Bulk Metallic Glass

1. IntroductionBulk metallic glasses (BMGs) exhibit many uniquproperties, including mechanical properties (e.g., higstrength, high elastic deformation, low Young's modulus) , good corrosion resistance and biologic compatibilitas well as homogeneousness in structure[1,2]. But monolithic BMGs fail by shear localization with almost nmacroscopic plastic strain, limiting their use as structuramaterials[3]. However, Conner et al.[4] have compiled extensive literature documenting high bending duct…     

钨丝/锆基非晶复合材料研究进展

钨丝/锆基非晶复合材料作为近20年新出现的穿甲工程材料,是一种极有可能替代具有放射性危害的贫铀合金和穿甲威力稍差的钨合金的新兴材料。自从钨丝/锆基非晶复合材料被制备出来以后,各学者先后对材料中钨丝和锆基非晶合金之间的界面接触强度、钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的参数、环境温度、应变率、仿真计算以及穿甲应用等方面进行了研究。研究表明,制备过程中保温温度,钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的排布方式、体积分数、直径,环境温度,应变率等因素都能对钨丝/锆基非晶复合材料的性能产生影响;随着计算机技术的发展,钨丝/锆基非晶复合材料的有限元仿真计算已经从等效模型发展到准细观建模,能够模拟其动静态压缩过程、侵彻过程,仿真结果和试验结果基本吻合;在应用方面,试验研究验证了钨丝/锆基非晶复合材料弹芯在侵彻过程中的"自锐"性能。文章概述了钨丝/锆基非晶复合材料在上述领域的研究进展并展望了该材料的发展方向。     

Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金的制备及其耐蚀性能

块体非晶合金的耐蚀性能与合金元素本身的特性及合金成分密切相关.采用铜模吸铸法制备了Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体非晶合金,用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析法(DSC)和差热分析法(DTA)考察了合金的非晶特性和热力学属性,通过电化学极化试验和盐雾腐蚀试验测试了合金的耐蚀性.结果表明,制备的Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)合金为完全的非晶相,且具有较大玻璃形成能力和热稳定性;腐蚀电流密度仅为12.6 nA/cm~2,经144 h盐雾试验无质量变化,表明合金具有优异的耐腐蚀性能.     

Tensile Elastic Behavior of a Zr-Cu-Ag-Al Bulk Metallic Glass

Tensile elastic behavior of bulk Zr46（Cu4.5/5.5Ag1/5.5）46Al8 metallic glass was experimentally investigated. It exhibited linear and non-linear time-independent elastic deformation with a demarcative stress of approximately 500 MPa within the timescale in the present work, and repeated loading-unloading before yielding did not alter stress-strain relationship. The pure linear elastic strain limit is 0.6%, significantly lower than 2% as generally reported, but still much higher than 0.1% observed for typical crystalline alloys. Deviation from linear elastic behavior at stresses higher than 500 MPa is explained here as a macroscopic manifestation of local fluctuations in elastic strain, which becomes pronounced at stresses higher than the critical value. The occurrence of non-linear elasticity is possibly also related to the sinusoidal relationship between shear stress and atomic displacement.     

Cu-Zr-Al-Ti块体非晶合金的制备及腐蚀行为研究

制备出新型Cu46 Zr46 Al4 Ti4块体非晶合金.利用X射线衍射仪和差示扫描量热仪对其非晶态进行表征,采用电化学方法和扫描电子显微镜研究了非晶合金在3.5％ NaCl溶液中的电化学行为.结果表明,Cu46Zr46-Al4 Ti4样品为完全非晶,玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx和过冷液相区△Tx都有所降低,断裂强度提高了约11％.Cu46 Zr46 Al4 Ti4的腐蚀电流密度降低了1个数量级,电化学反应电阻R1大大增加.分析表明,Ti通过抑制阴极过程从而降低了非晶合金的腐蚀速度,其机理可能是Ti的加入降低了活性阴极的面积或增加了氧的离子化过电位.