Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金压缩性能研究

摘 要: 采用铜模喷铸法成功制备出内含β-Ti(Zr,Nb)晶体相的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金,在室温环境下对其进行准静态和动态压缩力学性能测试,结合S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,并对不同应变率下的力学性能进行对比。结果表明：内生相非晶合金的结构为非晶基体和在非晶基体上均匀分布着的β-Ti(Zr,Nb)晶体相组成。Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金在准静态压缩时,随应变率的增加抗压强度有明显的提高,存在应变率硬化现象,表现出与一般非晶合金体系不同的应变率效应;在动态压缩条件下,动态抗压强度随着应变率的提高也有较明显的增加,表现为应变率硬化效应。由于内生相非晶合金在动态压缩条件下的绝热温升效应和非晶的碎化,导致在室温条件下Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金的动态压缩抗压强度和应变低于准静态压缩抗压强度和应变。     

Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金的压缩性能

采用铜模喷铸法成功制备出内含β-Ti(Zr,Nb)晶体相的Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金,在室温环境下对其进行准静态和动态压缩力学性能测试,用S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,并对不同应变率下的力学性能进行对比。结果表明,内生相非晶合金的结构为非晶基体和在非晶基体上均匀分布着的β-Ti(Zr,Nb)晶体相组成。Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金在准静态压缩时,随应变率的增加抗压强度有明显的提高,存在应变率硬化现象,表现出与一般非晶合金体系不同的应变率效应;在动态压缩条件下,动态抗压强度随着应变率的提高也有较明显的增加,表现为应变率硬化效应。由于内生相非晶合金在动态压缩条件下的绝热温升效应和非晶的碎化,导致在室温条件下Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金的动态压缩抗压强度和应变低于准静态压缩抗压强度和应变。     

固结参数对热压成型铜基块体非晶合金力学性能的影响

采用雾化法制备Cu50Zr40Ti10非晶合金粉末,在大气环境下将其热压成型为块体非晶合金,并基于L9（34）正交实验对热压成型条件进行优化。固结成型的Cu50Zr40Ti10块体非晶合金的抗压强度和应变极限值分别达到1090.4MPa和11.9%。固结压力显著影响块体非晶合金的应变极限和抗压强度,但是固结温度的影响不显著。初始成形力对块体非晶合金的抗压强度的影响不显著而对应变极限的影响很显著。Cu50Zr40Ti10非晶合金粉末的最优热压成型工艺条件为：首先在150MPa压力下进行预成型,然后在380°C和450MPa条件下进行热压。     

Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金低温动态压缩性能研究

采用铜模喷铸法制备Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金,通过分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金进行室温(25℃)和液氮温度(–196℃)条件下的高应变率加载动态压缩测试,结合S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,对比在室温和液氮温度下Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金动态压缩性能及其断口形貌特征的差异。结果表明:Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金室温动态压缩时,随应变率提高抗压强度无明显变化,没有应变率硬化效应。在液氮温度动态压缩时,抗压强度随着应变率提高有较大幅度增加,存在应变率硬化效应。液氮温度时的动态抗压强度明显高于室温动态抗压强度。Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金室温动态压缩为剪切断裂,微观形貌上出现脉状花样和剪切带,剪切带诱发了裂纹的形成,裂纹沿着剪切带扩展。液氮温度下断口微观形貌有解理台阶和河流花样。室温动态断裂过程中,局域应变集中产生塑性变形;液氮温度下压缩动能转化的热量大部分被抵消,削弱了绝热剪切作用。     

块体Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶合金的低温压缩行为

研究块体Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶合金在液氮温度下的准静态压缩力学行为,并对不同应变速率时的低温力学性能和室温性能进行对比.结果表明:块体Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶合金在低温时的压缩强度明显高于室温时的压缩强度;且随着应变速率的增大,低温压缩强度增加的幅度较大,即正应变速率敏感因子增大;在液氮温度和低应变速率条件下,光滑断面的出现说明低温对降低粘度起着阻碍作用,粘度降低的量级没有达到形成脉状花样所需要的要求;随着应变速率的增加,剪切断口脉状花样的出现说明高应变速率能够明显降低剪切面粘度.     

激光表面处理对工业级锆基块体非晶合金塑性变形能力的影响

目的 针对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金受到原材料中杂质元素和制备环境中氧元素的影响,其本征塑性变形能力较差的问题,研究激光表面处理对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金在压缩和拉伸条件下塑性变形能力的影响。方法 采用低纯原料制备工业级母合金锭子,利用铜模铸造法在低真空环境下制备工业级非晶合金试样,采用激光法对试样进行表面处理,利用万能试验机对激光处理试样的压缩和拉伸力学性能进行测试。通过X射线衍射仪和电子探针对试样的微观组织结构进行表征,采用扫描电镜对力学测试失效后试样的形貌进行微尺度观察。结果 经激光表面处理后影响区的深度约为150 μm,在影响区内铜元素的含量有所降低,但依然为非晶结构。在压缩条件下,未经激光表面处理的工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金的塑性应变为0,断裂强度为1 534 MPa。经过激光表面处理后,试样具有1%的塑性应变,屈服强度为1 337 MPa,断裂强度为1 562 MPa。在拉伸条件下,激光表面处理前后工业级块体非晶合金的塑性应变均为0,断裂强度也无明显变化,其平均值为1 379 MPa。结论 通过激光表面处理在工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金试样表面引起的成分变化和引入的残余应力状态,能够有效促使压缩载荷作用下剪切带的萌生,提高其压缩塑性变形能力。     

Ti-Zr-Ni-Cu非晶系的等电子浓度特征

以准晶成分Ti40Zr40Ni20为基准,在Ti—Zr-Ni-Cu系中设计出电子浓度为1.200和原子尺寸为0．1474nm的系列合金,并用铜模吸铸法制备直径为3mm的合金棒试样．结果表明,Ti12Zr55Ni13Cu20成分附近可形成块体非晶合金,而Ti3Zr60Ni12Cu25和Zr60Ni10Cu30成分点上形成了单一的四方Zr2Cu型非晶相关相．准晶、块体非晶合金和Zr2Cu相是具有相同电子浓度的电子化合物,它们在成分图上表现出鲜明的等电子浓度特征,表明块体非晶合金的等电子浓度判据适用于Ti-Zr-Ni-Cu非晶系．二十面体与截角八面体间的结构关联可作为准晶或非晶合金多型性转变成Zr2Cu相的结构模型．     

异质结构Zr基非晶合金的热稳定性及力学性能

通过铜模铸造法制备了具有异质结构的Zr64.2Ni16.2Cu14.6Al5和Zr63.4Ni16.2Cu15.4Al5块体非晶合金,利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和差示扫描量热法(DSC)研究了其微观结构及热稳定性。结果表明,与均匀结构的Zr65Al10Ni10Cu15块体非晶合金相比,异质结构降低了材料的热稳定性。在单轴压缩试验中,两种Zr基块体非晶合金具有大的塑性应变(>25%)和高的屈服强度(>1.6GPa)。低的STZs势能和高的剪切带扩展抗力是异质结构Zr基块体非晶合金塑性提高的主要原因。     

熔盐电解制备低成本Ti12LC钛合金的研究

利用覆盖渣技术在非真空条件下成功制备出了直径为3 mm的Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金.采用差示扫描量热法(DSC),将Johnson-Mehl-Avrami理论拓展应用于非晶合金的非等温晶化过程研究.结果表明,Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金的连续升温晶化过程Avrami指数及形核率随升温速率的升高而呈下降趋势,同时随晶化过程进行呈先增加后减小的规律.Avrami指数最大值出现在晶化体积分数0.3～0.4之间,在低升温速率下Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金部分晶化过程出现三维形核界面控制长大的形式.     

一种碳纳米管增强的铜基块体非晶合金复合材料(英文)

采用热压成型法制备碳纳米管增强的Cu50Zr40Ti10非晶合金复合材料,并研究碳纳米管添加量对其密度、热导率和力学性能的影响。结果发现,随着碳纳米管含量的增加,块体非晶合金复合材料的密度和抗压强度都降低;当碳纳米管的含量少于0.1%或超过0.6%时,块体非晶合金复合材料的热导率随着碳纳米管含量的增加而降低,然而,当碳纳米管的含量介于0.1%和0.6%之间时,块体非晶合金复合材料的热导率随着碳纳米管含量的增多而增大;当碳纳米管的含量少于1.0%时,块体非晶合金复合材料的应变量与模量明显得到提高,并随着碳纳米管含量的进一步增加块体非晶合金复合材料的应变量与模量明显下降。综合各种性能得出,碳纳米管的添加量少于0.2%为宜。     

电脉冲孕育处理对Zr基块体非晶热稳定性及退火晶化的影响

通过先对Zr55Ni5Al10Cu30合金熔体施加脉冲电流处理,再利用非真空吸铸法制备出Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金的方式,研究了电脉冲孕育处理对非晶热稳定性及退火晶化的影响。差分扫描量热(DSC)及X射线衍射(XRD)分析结果表明:经电脉冲孕育处理后Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金的玻璃转变温度上升,晶化温度降低,过冷液相区变窄,同时玻璃转变激活能和晶化激活能有所减少。电脉冲孕育处理没有改变Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金退火晶化相演变过程,但提高了非晶退火晶化率。电脉冲孕育处理对Zr55Ni5Al10Cu30块体非晶合金的晶化起到了促进作用。     

Cu47Ti34Zr11Ni8块体非晶合金的制备

采用差压铸造法成功制备了圆棒状与板片状的Cu417Ti34Zr11Ni8块体非晶合金，研究了合金的热稳定性。在试验条件下，Cu47Ti34Zr11Ni8块体非晶合金棒状试样的最大直径可达3mm，板片状试样的最大厚度可达1mm。该成分块体非晶合金具有良好的热稳定性，其玻璃转变温度Tg=672K，晶化温度Txl=735K，过冷液相区△Tx=63K，约化玻璃温度Trg=0．575。     

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%。     

摩擦焊焊接块体非晶合金

在合理的工艺条件下,采用摩擦焊成功地实现了块体非晶合金Zr65Cu12.5Al7.5Ni15的连接;根据试验结果,探讨了焊接接头保持非晶的条件,即:被焊块体非晶合金处于过冷液态,且该过冷液体具有较好的热稳定性、超塑性和粘滞性,同时接触面的温度应始终低于该非晶合金的晶化温度.     

具有良好室温塑性的ZrCuNiAlNb块体非晶

在脆性的ZrCuNiAl块体合金中添加Nb,获得新型的Zr60.59Cu15.78Ni10.73Al10.75Nb2.15非晶合金。通过XRD、DSC及HRTEM对合金的结构及热力学参数进行测定,并采用静态压缩实验研究其力学性能。结果表明：合金在XRD和DSC精度范围内呈现非晶态特征,但HRTEM结果显示其析出少量1~2 nm的纳米晶。Nb的添加还显著降低了合金的结晶激活能,有利于形变过程中纳米晶的进一步形核。纳米晶的存在增加了剪切带的形核位置,阻碍和钝化剪切带扩展,并诱发剪切带分叉及新剪切带形成,提高了合金的室温塑性。该块体非晶的屈服强度为1850 MPa,平均塑性应变为11.95%,最大塑性应变达到25.37%,最小塑性应变为2.95%,并具有应变硬化现象     

热挤压法Zr基多孔块体非晶合金的制备及血液相容性研究

利用非晶合金粉末在过冷液相区的超塑性和预制体盐的混合物在热挤压下制备了Zr55Cu30Al10Ni5多孔非晶合金。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)分析了合金的组织、相结构以及热稳定性。利用动态凝血时间以及溶血率分析了多孔非晶合金的血液相容性。结果表明,热压过程未出现晶化现象,多孔块体合金完全由非晶相组成,只有少于3.5%的残留盐密封在非晶合金中。动态凝血时间长达40min,溶血率为1.85%,这表明Zr55Cu30Al10Ni5多孔块体非晶合金具有良好的生物相容性。     

非晶合金准静态循环加载过程滞弹性行为的反速率依赖性

在几何抑制条件下,对锆基块体非晶试样进行不同加载速率的室温准静态循环加载-卸载压缩实验。结果发现,合金存在明显的滞弹性行为、且滞后环面积与加载速率成反比,这与弹性应力诱发的微观结构演化有关。由于弹性应力诱发的微观结构演化与剪切带的空间增殖密切相关,因此循环加载能量消耗可以作为表征块体非晶合金剪切带空间增殖能力的参数。     

锆基非晶合金准静态循环加载过程滞弹性行为的反速率依赖性

在几何抑制条件下,对锆基块体非晶试样进行不同加载速率的室温准静态循环加载-卸载压缩实验。结果发现,合金存在明显的滞弹性行为、且滞后环面积与加载速率成反比,这与弹性应力诱发的微观结构演化有关。由于弹性应力诱发的结构演化与剪切带的空间增殖密切相关,因此循环加载能量消耗可用于描述锆基块体非晶合金的剪切带空间增殖能力。     

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。     

Zr60Al15Ni25大块非晶合金的无序程度对晶化动力学的影响

采用高分辨率电镀观测铸态Zr60Al15Ni25的微观结构。X-射线分析表明,铸态Zr60Al15Ni25合金为非晶态,而通过高分辨电镜发现非晶合金中存在大量的短程有序区。实验发现,非晶合金的无序程度与相对应的母合金铸锭的凝固组织密切相关。通过差示扫描量热法研究非晶合金在线性加热和等温条件下的晶化动力学。结果表明：非晶合金的晶化是预先存在的短程有序区作为晶核长大开始的三维扩散控制的过程。Zr60Al15Ni25块体非晶合金的无序程度对其晶化动力学具有明显的影响,即无序程度越大,非晶合金的晶化越迟缓。