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。     

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。     

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%。     

电阻法和DSC法研究Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8非晶合金结构变化的对比

采用电阻法和DSC法研究了Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8非晶合金加热过程中的结构变化,并对两种方法的测量结果进行对比。结果表明:电阻法和DSC法所能探测到的Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8非晶合金加热过程中结构转变的特征温度吻合度很高;在1 K/min升温速率下,DSC法无法探及热效应微弱的弛豫机制的改变和玻璃转变,而电阻法却能敏锐探测到这些结构的变化;温度测量范围较高的电阻法探测到Cu_(36)Zr_(48)Al_8Ag_8非晶合金在更高温度下发生第二阶段晶化。     

过热度对非晶合金玻璃形成能力和力学性能的影响

采用铜模吸铸法在不同过热度下制备了Cu_(40)Zr_(44)Al_8Ag_8大块非晶合金(BMGs),分别采用同步示差扫描量热仪(DSC)和单轴压缩实验测试了各试样的玻璃形成能力(GFA)和力学性能,并利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段对其显微结构与GFA和力学性能的关系进行分析。结果发现:所有试样非晶基体中均夹杂有少量晶体相,且随着过热度的提高,试样的GFA不断提高;非晶合金中晶粒变小,晶化体积分数不断减小,强度和塑性逐渐增大,并在吸铸功率为6 kW时达到最优值,继续增加过热度,力学性能反而迅速下降。     

铝含量对(Zr_(0.761)Cu_(0.147)Ni_(0.092))_(93-x)Al_(7+x)非晶合金的热稳定性及其力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备(Zr_(0.761)Cu_(0.147)Ni_(0.092))_(93-x)Al_(7+x)(x=0,1,2,3,5,7(摩尔分数,%))块体非晶合金,采用同步示差扫描量热仪(DSC)、万能试验机和显微硬度计测试各试样的过冷液相区、压缩塑性和显微硬度,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段对其微观结构和力学性能的关系进行分析。结果表明:随着Al含量的增加,(Zr_(0.761)Cu_(0.147)Ni_(0.092))_(93-x)Al_(7+x)非晶合金的玻璃转变温度T_g、初始晶化温度T_x均呈现增大的趋势,而过冷液相区ΔT_x先增大后减小,在x=3时达到最大的94 K。合金塑性变形ε_p随着Al含量的增加先增大后减小,在x=3时达到最大值为15.82%;合金屈服强度σ_s和显微硬度HV都呈现增强的趋势,在x=7时取得最大值,分别为1713和4095 MPa。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Cu-Zr-Ti基非晶合金中微量Nb添加诱发的微观结构演化以及剪切带增殖

通过铜模吸铸法制备了(Cu_(55.5)Zr_(37)Ti_(7.5))_(100-x)Nb_x(x=0,4,10 at%)合金。系统研究了微量Nb添加对该合金微观结构及力学性能的影响。结果表明,Nb添加明显提高了制备(Cu_(55.5)Zr_(37)Ti_(7.5))_(90)Nb_(10)合金的室温塑性,其中该合金的室温压缩应变达6%。该合金塑性的提高归因于微量Nb添加诱发的微观结构演化,促进了变形过程中剪切带的空间增殖。     

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。     

变质处理对铸造ZL205合金组织演变及力学性能的影响

研究了Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5非晶合金孕育剂对铸造ZL205合金显微组织、纳米级析出相和力学性能的影响规律,揭示了非晶合金孕育剂对ZL205合金的晶粒细化和力学性能提高的作用机理。结果表明:随着保温时间的延长,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5含量分别为0.1%、0.2%和0.5%的变质ZL205合金的平均晶粒尺寸呈现先减小而后增加的趋势,在保温时间为45 s时取得晶粒尺寸最小值,且0.2%Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金在保温45 s时的细化效果最好;Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理不会使ZL205合金中形成新的物相;0.2%Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理可以使得ZL205合金中纳米级θ'析出相的数量增多、尺寸变小且分布更加均匀;不同含量Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都要高于未变质ZL205合金;0.2%Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率在保温时间为45 s时取得最大值;Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金的强化机制主要为细晶强化和第二相强化。     

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。     

不同GFA锆基非晶的内耗行为

利用内耗法研究了5种不同GFA(非晶形成能力)的锆基非晶(分别为Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)、Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)、Zr_(45)Cu_(45)Ag_5Al_5、Zr_(65)Al_(7.5)Ni_(10)Cu1_(7.5)、Zr_(57)Ti_5Al_(10)Cu_(20)Ni_8的力学行为,探索了内耗与GFA之间的关系。内耗温度曲线结果表明,GFA越大,非晶试样所产生的内耗峰值越高,且通过计算过冷液相区的激活能与从内耗的物理意义相联系,提出了一个表征同种体系GFA的新参数—内耗峰峰值。此外根据内耗频率曲线考察了不同GFA的锆基非晶的力学弛豫行为,GFA越大,其在过冷液相区内原子失稳的数量越多,力学弛豫时间越短。     

Nb对Zr基非晶合金在NaOH溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出(Zr_(56)Al_(16)Co_(28))_(100-x)Nb_x(x=0,2,4)的合金试样。利用X射线衍射、电化学极化曲线和扫描电镜研究了Nb对Zr-Al-Co非晶合金在1 mol/L Na OH溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在1mol/L Na OH溶液中,Zr-Al-Co-Nb非晶合金的耐腐蚀性能优于Cr18Ni8,且适量添加Nb能提高Zr-Al-Co-Nb非晶合金的耐腐蚀性。     

Tm对锆基块体非晶合金力学性能和腐蚀性能的影响（英文）

采用铜模负压吸铸工艺制备了(Zr_(0.6336)Cu_(0.1452)Ni_(0.1012)Al_(0.12))_(100-x)Tm_x(x=0～5,原子分数)块体金属玻璃(BMG)合金,研究了Tm对合金力学性能和抗腐蚀性能的影响。结果表明,当Tm含量增加到3%时,其玻璃形成能力(GFA)和压缩塑性显著提高,但过量Tm会降低GFA。x=3时合金的最大过冷液相区宽度为100 K,抗压强度为1669 MPa,塑性应变为21.01%,远高于Zr_(0.6336)Cu_(0.1452)Ni_(0.1012)Al_(0.12)BMG的各项性能(67 K、1439 MPa和5.90%)。然而,电化学测试结果表明,x=3时的合金在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中的耐腐蚀性不佳,且其耐腐蚀性和力学性能随Tm含量的变化趋势与预期不同。可能是由于过量添加稀土元素Tm,容易形成更多的氧化物,导致点蚀加剧。进一步添加Tm可以提高Zr基BMG钝化膜的完整性和耐点蚀性能,但力学性能不理想。     

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。     

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。