过冷液态Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8块体非晶合金的相分离及组织演变（英文）

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Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8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703 K保温20 min时,均一的非晶基体相分离成2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AlZr_2和AlAg_3相。Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8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局部结构转变,相分离以及纳米晶转变,这个过程意味着Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8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。     

加热方式对Zr48Cu36Ag8Al8块体非晶合金晶化机制的影响

采用铜模吸铸法制备了Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8块体非晶合金,并利用同步示差扫描量热仪(DSC)对其晶化动力学进行研究。结果表明:通过对不同升温速率下的DSC曲线进行分析,根据Kissinger方程计算获得的Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金的晶化激活能约为239 k J/mol;而根据经典JMA模型,通过对在过冷液相区内不同温度(703～743 K)的等温DSC曲线进行计算获得的等温晶化激活能为341 k J/mol,造成的差异主要归因于高温区与低温区晶化机制的差异。此外,通过对比晶化产物的组织相貌,还发现不同加热方式组织的生长速率的控制方式不同。     

过热处理时间对Zr-Cu基大块非晶合金力学性能的影响

在一定初始温度下经过不同时间的熔体过热处理,利用铜模吸铸法,制备纯非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8棒状试样,通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热分析仪(DSC)、万能力学试验机和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究过热处理对其力学性能的影响。结果表明,在一定的处理时间范围内,随着处理时间的增长,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金原子排列的混乱度增加,非晶合金的平均自由体积增加,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金的变形局域化程度降低,变形能力随之增强,非晶合金的断裂强度和塑性得到了提高。     

Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8合金微观组织及扩散行为

采用等温退火Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金的方法获得了粗晶态组织,通过微观组织的转变规律研究了粗晶态与非晶态合金扩散行为之间的关系。试验结果表明:退火后的Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8合金微观组织随着温度的增加,合金的组织越稳定。根据Fick第二定律的薄膜解方程,获得了粗晶态合金扩散系数与温度之间的关系,通过拟合发现满足Arrhenius规则。Ni原子在粗晶合金中扩散的激活能为2.256 e V,该值远大于非晶合金,这一现象主要归因于板条状组织的晶界上原子排列较为规整,晶界所占的比例较少,所以获得的有效扩散系数主要源于原子在晶粒内部的扩散。     

Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8合金纳米材料的晶界扩散行为

通过对Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金在过冷液相区等温热处理的方法制备了纳米材料,采用磁控溅射法获得了Ni/Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8纳米材料扩散偶,利用二次离子质谱法研究了Ni原子在纳米材料晶界原子扩散机制。结果表明:在703~723 K温度范围内,α与β参数均满足B类型区域扩散特点。根据Suzuoka方程解可以获得晶界扩散系数δD_(gb)与温度之间的关系曲线,通过拟合发现:晶界扩散系数δD_(gb)服从Arrhenius规则,同时Ni原子在两种纳米材料晶界处的扩散激活能均呈现出相同值,即Q_(gb)≈1.433 e V。该结果说明不同状态纳米材料可能具有相似的微结构;此外,由于通过等温退火法获得的纳米材料中存在三叉晶界,内部可能存在一定数量的准空位,当外界提供能量时,外来原子可能通过原子跳跃以及多原子方式进行运动,从而降低整个体系的Gibbs自由能。同时与粗晶态合金相比,也进一步证实了晶态材料的原子扩散行为主要取决于晶界数量及拓扑结构。     

高流变成型法对Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8块体非晶合金β弛豫及热稳定性作用规律

以Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8为研究对象,结合差示扫描量热法和X射线衍射法,以电阻法探索高流变成型法对块体非晶合金β弛豫及热稳定性的作用规律。升温速率为10 K/min的验证试验表明,电阻法所标定样品的β弛豫开始温度T_β、一次晶化开始温度T_(x-onset)及其区间等特征参数均与差示扫描量热法结果相吻合。这证明电阻法探索β弛豫及热稳定性的有效性。为进一步获得更细致信息,以升温速率1 K/min约化电阻率曲线揭示,高流变成型法成型后样品的T_β大幅提前,且β弛豫所致电阻率变化值Δ_(ρrel)显著增加,表明高流变成型法显著增强该块体非晶合金β弛豫强度;成型后T_(x-onset)滞后且晶化温度区间ΔT_x变宽,反映高流变成型法提高了该块体非晶合金的热稳定性。这一结论得到不同温度水淬样品X射线衍射结果证实,尽管成型前后的最终晶化相并未改变。     

Nb元素对Zr-Cu基非晶合金力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备了直径为3mm的(Zr_(0.48)Cu_(0.36)Al_(0.08)Ag_(0.08))_(100-x)Nb_x(x=0,1,2,4)非晶试样,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、力学性能试验机对合金的相组成、力学性能进行研究。结果表明,随Nb含量的增加,非晶合金的玻璃形成能力不断降低,试样由完全非晶结构变为非晶基体与晶体相的复合结构。此外,试样的塑性先增加后减小,当x=2时试样塑性达到最大值,最大塑性应变为1.025%,并且出现了一定的加工硬化现象。x=4时最大断裂强度为1.723GPa且加工硬化现象最明显。因此,添加适量Nb元素有利于Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8非晶合金室温塑性的提高。     

Cu_(46)Zr_(46)Al_8块体非晶合金的晶化动力学研究

在连续加热和等温加热条件下,对Cu_(46)Zr_(46)Al_8块体非晶合金的晶化动力学行为进行了研究。在连续加热条件下,非晶合金具有与升温速度相关的非常明显的动力学特征。利用Kissinger方程计算得到的晶化激活能Ex和Ep分别为(355±10)kJ/mol和(403±10)kJ/mol。借助Johnson-Mehl-Avrami (JMA)模型,通过求解等温晶化过程的Avrami指数和局部Avrami指数揭示了非晶合金的晶化机制。这一晶化机制在其晶化激活能与晶化体积分数的关系中得到验证。等温晶化动力学研究表明,Cu_(46)Zr_(46)Al_8块体非晶合金在过冷液相区的晶化为初级晶体相的长大和二级晶化相的形核、长大的共同作用机制。     

电阻法探究喷铸温度对Zr_(57)Cu_(20)Al_(10)Ni_8Ag_5非晶热稳定性及结构弛豫的影响

采用铜模喷铸法制备出Zr_(57)Cu_(20)Al_(10)Ni_8Ag_5大块金属玻璃,通过电阻法探究喷铸温度对其热稳定性及结构弛豫的影响。结果表明,提高该金属玻璃制备时的喷铸温度,使晶化转变点Tx明显滞后和过冷液相区ΔT增大,表明金属玻璃热稳定性增强。此外,运用电阻法研究了金属玻璃在低温下的结构弛豫,发现约化电阻率曲线存在"拐点"的异常变化。随着喷铸温度的升高,"拐点"的开始温度点Tonset提前,且金属玻璃结构弛豫强度增强。     

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。     

Zr_(47)Cu_(44)Al_9大块非晶合金的变温晶化行为

利用示差扫描量热仪(DSC)研究了Zr_(47) Cu_(44)Al_9大块非晶合金在连续升温过程中的的变温晶化行为.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,Zr_(47) Cu_(44)Al_9大块非晶合金具有良好的热稳定性.利用Kissinger方法计算得到的其玻璃转变激活能E_g为390.2kJ/mol、晶化激活能E_x为325.1kJ/mol、晶化峰值的激活能E_p为299.5kJ/mol.随着加热速率的提高,各特征温度值向高温端移动,其晶化峰值温度所对应的晶化体积分数减小.局域激活能随着非晶晶化体积分数的增加而逐渐减小.     

等温退火和预压处理对Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8大块非晶合金力学性能的共同影响（英文）

研究等温退火和预压处理对Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8大块非晶合金力学性能的共同影响。首先,将铸态样品在743 K退火10 min,然后对退火后的样品进行预压处理,在800 MPa压力下分别预压1、3、5和10 h。结果表明,退火处理后在非晶基体中形成了尺寸为10 nm左右的纳米晶并极大地湮灭了自由体积,从而导致大块非晶合金完全丧失塑性。在800 MPa下预压处理合适的时间(5 h)可以部分地恢复自由体积,进而部分地恢复大块非晶合金的塑性。而过长的预压时间(10 h)将导致自由体积的再次减小,主要源于纳米晶的过分长大。     

钛元素取代对Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8非晶合金腐蚀性能的影响

采用电化学方法结合扫描电子显微镜研究了钛元素取代对Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8(0≤x≤1)块体非晶合金腐蚀性能的影响。试验结果表明,对于基体Cu_(46)Zr_(46)Al_8非晶合金,浸泡处理降低了其抗腐蚀能力,在3. 5%Na Cl溶液中其开路电位和腐蚀电流密度分别由浸泡前的-428 m V和4. 31×10-6A/cm~2变为浸泡后的-439 m V和2. 75×10-5A/cm~2。钛元素取代对Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8块体非晶合金在中性溶液中的腐蚀性能并没有起到明显的改善作用。然而,Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8块体非晶合金在碱性Na OH溶液中却具有较好的抗腐蚀能力,这与其发生钝化现象有关。     

Ni元素添加对Zr-Cu基非晶合金结构及力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备了(Zr_(0.48)Cu_(0.36)Ag_(0.08)Al_(0.08))_(100-x)Ni_x(x=0,2,4,6)非晶合金试样,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)、万能力学试验机和场发射扫描电镜(SEM),研究了Ni元素添加对(Zr_(0.48)Cu_(0.36)Ag_(0.08)Al_(0.08))_(100-x)Ni_x(x=0,2,4,6)结构及力学性能的影响。结果表明:随Ni添加量的提高,该合金内部原子排列有序度提高,非晶形成能力下降,相分离增强并析出纳米级晶体相;晶体相的析出提高了合金的塑性应变、屈服强度和断裂强度。     

铁元素添加对Cu基非晶合金结构及力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备了(Cu_(0.46)Zr_(0.44)Al_(0.08)Dy_(0.02))_(100-x)Fe_x(x=0,1,3,5,7)非晶合金,利用X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(DSC)、透射电镜(TEM)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Fe元素添加对Cu基非晶合金结构及力学性能的影响。结果表明:Fe元素的适量添加有利于改善Cu_(46)Zr_(44)Al_8Dy_2块体非晶合金的结构,当添加原子分数为1%和3%Fe时,合金为完全非晶结构,并且出现富Fe相和富Cu相两相分离。Fe元素的适量添加有利于提高Cu_(46)Zr_(44)Al_8Dy_2合金的强度和塑性,当添加3%Fe时,块体非晶合金的抗压强度σ_f和塑性ε_p分别达到1835 MPa和0.5%。     

高流变成型方法对Zr_(48)Cu_(30)Al_8Ag_8Pd_6块体非晶压缩塑性的作用规律

利用自主设计的高流变成型装置成型了Zr_(48)Cu_(30)Al_8Ag_8Pd_6块体非晶,探索了高流变成型方法(HRRF)对该块体非晶压缩塑性的作用规律。结果表明,HRRF后,块体非晶的压缩塑性由HRRF前的1.0%提高到5.1%,其压缩应力-应变曲线也表现出更加明显的锯齿流变行为。此外,HRRF后块体表面上分布着数量众多且方向各异和台阶明显的剪切带,发生交割、分叉和阻止;而HRRF前块体中仅观察到数条剪切台阶较浅的剪切带,这表明HRRF法能增加该块体的非晶压缩塑性。     

具有最优玻璃形成能力的Zr-Co(Cu)-Al大块金属玻璃及其压缩性能（英文）

采用铜模吸铸法在三元Zr_(56)Co_(28)Al_(16)和四元Zr_(56)Co_(28)-xCuxAl_(16)(x=2,4,5,6,7,摩尔分数,%)非晶合金中形成大块金属玻璃(BMGs)。本研究主要目的是找到四元Zr Co(Cu)Al合金中形成大块金属玻璃的最优成分,并提高母合金的塑性。采用X射线衍射(XRD)技术、透射电镜(TEM)和差示扫描量热法(DSC)研究非晶合金的结构及其玻璃形成能力(GFA)。此外,利用压缩试验、显微硬度、纳米压痕和扫描电镜(SEM)讨论塑性提高的可能机制。含铜合金中玻璃形成能力最强的是Zr_(56)Co_(22)Cu_6Al_(16)合金,与基体合金相似。此外,Zr_(56)Co_(22)Cu_6Al_(16)大块金属玻璃的塑性从基体合金的3.3%显著增加到6%。最后,结合铜和钴的正混合热,讨论合金塑性和GFA的变化。     

预压缩处理时间对Zr-Cu基非晶合金塑性的影响

采用铜模吸铸法制备了直径为φ3mm的Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8非晶合金试样(BMGs),利用X射线衍射(XRD)仪、透射电镜(TEM)、万能材料试验机、同步示差扫描量热仪(DSC)和扫描电镜(SEM)等手段研究了预压缩处理时间对Zr-Cu基非晶合金塑性的影响。结果表明,所制备的合金均为非晶态;随着预压缩处理时间的延长,试样内部的自由体积含量及室温塑性提高,当处理时间为100min时,试样内部的自由体积含量及其室温塑性均达到最优值,继续延长预压缩处理时间,自由体积含量及室温塑性虽有增加,但增加幅度呈下降趋势。     

非晶合金板材水平连铸的数值模拟与参数优化

采用ProCAST软件对非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8板材的水平连铸过程进行温度场模拟,基于自主研发的水平连铸设备,并采用正交试验法分析了不同工艺参数对凝固过程各因素的影响。结果表明,影响凝固前沿形状的因素顺序为:拉坯速度浇注温度拉坯起始位置;影响凝固前沿平衡状态及板坯中非晶合金含量的因素顺序为:拉坯速度拉坯起始位置浇注温度。最优工艺参数组合是拉坯速度为4mm/s,浇注温度为1 080℃,拉坯起始位置为结晶器入口14mm处。     

Cu-Zr-Al-Y块体非晶合金复相材料的力学性能

利用铜模喷铸法和等温退火热处理,制备具有不同晶化程度的(Cu_(47)Zr_(45)Al)8)_(98.5)Y_(1.5)块体非晶基复相材料(BMGCs),研究了其显微组织与力学性能的关系。结果表明,随着退火温度增加,(Cu_(47)Zr_(45)Al)8)_(98.5)Y_(1.5)非晶基复相材料的晶化分数(V_f)上升,相转变进程为:非晶→非晶+Cu_(10)Zr_7→非晶+Cu_(10)Zr_7+AlCu_2Zr+Al_2Zr。晶化过程中结晶相的析出强化作用能明显提高合金的显微硬度,760K退火20min后合金最大硬度(HV)可达691。合金断裂强度随退火温度升高先增加后减小。680K等温退火后合金断裂强度达到最高,为1 950MPa。断口SEM显示随着热处理温度提高,非晶基复相材料断裂模式由韧-脆混合断裂模式向解理脆性断裂模式转变。试验结果表明,可以通过控制退火温度、退火时间等参数对Cu基块体非晶基复相材料的力学性能进行调控。