锆基块体非晶合金的力学性能研究进展

本文叙述了锆基块体非晶合金的制备方法，优异的性能，特别是对其力学性能研究领域的最新进展进行了综述。并与传统晶态合金作了适当的对比，锆基块体非晶合金具有优异的力学性能，如弹性比功、超塑性、断裂韧性等，此类合金的应用将不断拓宽。     

剪切带修复对Pd基块体非晶合金腐蚀性能的影响

摘 要：本文以Pd79Cu4Au2Si10P5块体非晶合金为研究对象,采用电化学极化曲线和电化学阻抗测试方法研究了剪切带自修复对其在3 wt.% NaCl溶液和1 mol/L HCl溶液中耐蚀性能的影响。通过研究极化曲线中的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度得知,修复后样品耐腐蚀性能优于修复前样品,但仍低于原始样品（即未变形样品）。电化学阻抗研究结果显示,在开路电位下阻抗图均有单一容抗弧构成,修复后样品的电化学转移电阻Rt小于原始样品的、但大于修复前样品的,这进一步表明修复提高了材料的耐腐蚀性能,但仍未达到原始样品的耐蚀性。扫描电镜研究发现,合金表面发生明显的点蚀,其中原始样品的点蚀坑密度最少,修复后样品的次之,修复前样品的最多。     

剪切带修复对Pd基块体非晶合金耐蚀性能的影响

以Pd_(79)Cu_4Au_2Si_(10)P_5(at%)块体非晶合金为研究对象,采用电化学极化曲线和电化学阻抗测试方法研究了剪切带自修复对其在质量分数3%NaCl溶液和1 mol/L HCl溶液中耐蚀性能的影响。通过研究极化曲线中的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度得知,修复后样品耐腐蚀性能优于修复前样品,但仍低于原始样品(即未变形样品)。电化学阻抗研究结果显示,在开路电位下阻抗图均有单一容抗弧构成,修复后样品的电化学转移电阻Rt小于原始样品的、但大于修复前样品的,这进一步表明修复提高了材料的耐腐蚀性能,但仍未达到原始样品的耐蚀性。扫描电镜研究发现,合金表面发生明显的点蚀,其中原始样品的点蚀坑数量最少,修复后样品的次之,修复前样品的最多。     

样品尺寸对Pd基块体非晶合金内部剪切带的影响

以Pd79Cu4Au2Si10P5块体非晶合金为对象,研究了不同尺寸合金的塑性变形行为及其内部剪切带特征。结果表明,直径为1,2和3 mm的该非晶合金都具有良好的塑性变形能力,其塑性变形量随着试样尺寸的增大而降低,分别约为13%,10%,8%。不同尺寸试样的应力-应变曲线有明显不同的锯齿流变,2 mm试样锯齿振幅最大,3 mm试样锯齿振幅最小,而且1和3 mm试样的应力-应变曲线的锯齿间隔都比2 mm试样的小。金相显微镜的观察结果表明,随着试样尺寸的增加,其内部主剪切带密度降低,次生剪切带密度增加。在扫描电镜下能明显看到内部主剪切带厚度随着试样尺寸的增加而增加。     

弯折次数对Ti-Cu基非晶合金剪切带扩展的影响

通过快速凝固技术制备了Ti_(36.89)Cu_(43.87)Ni_(9.36)Zr_(9.88)非晶合金薄带,对非晶合金薄带进行了1次、3次和5次弯折且折断,研究弯折次数对剪切带扩展的影响。利用扫描电子显微镜对折断后薄带的剪切带及断口进行了研究。结果表明,一次弯折剪切带只在拉应力作用下,交叉剪切带较少,剪切带相互作用较弱,剪切带之间趋向于独立形核并进行扩展;3次弯折剪切带在交变应力作用下,多个剪切带相互交叉,剪切带之间的相互作用较强,且少量的剪切带可以独立形核或扩展;5次弯折剪切带受交变应力,离断口较近剪切带部分形成裂纹,剪切带相互交叉较少,剪切带相互作用较弱,断口存在韧窝形貌。     

块体非晶合金在低温下的剪切带特征

通过宏观洛氏压痕实验在低温(193K)下对玻璃转变温度和本征脆性具有显著差别的5种典型非晶合金(Mg65Cu25Gd10,La55Al25Cu10Ni5Co5,Pd43Cu27Ni10P20,Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4,Fe52Cr15Mo9Er3C15B6)的剪切带特征进行了研究。考查了剪切带间距和数量与归一化温度和材料本征脆性的关联,并根据放射状剪切带的夹角讨论了不同合金的压力敏感系数及其影响因素。     

块体非晶合金剪切带的原子力纳米压痕行为

通过原子力显微镜(AFM)纳米压痕实验研究传统纳米压痕实验形成的Fe基非晶合金剪切带区域及未变形区域的变形;结合压痕形貌实时原位观测,探讨块体非晶合金塑性变形局域化的原因.结果表明最大载荷44.6μN下,材料的剪切带、剪切带间和未变形区域的AFM纳米压痕残余面积分别为3274.7、2976.5和2879.2nm2,对应的硬度分别为13.62、14.98和15.49GPa,剪切带区域的硬度值比未变形区域的硬度值降低了约10%,说明塑性变形过程中,过剩自由体积的产生使剪切带结构发生软化.     

ZrTiNiCuBe块体非晶合金剪切带内温升与断裂温升

在室温环境下(25℃)对某ZrTiNiCuBe块体非晶合金材料进行不同应变率条件下的静态与动态压缩实验。并采用扫描电镜技术(SEM)对试样断口、侧面等进行表征,对比静、动态条件下的应力-应变曲线形貌的差异。结果表明:静态压缩时为剪切断裂,微观形貌上出现脉状花样与剪切带;剪切带诱发裂纹的形成,裂纹随着剪切带扩展。动态压缩时为脆性解理断裂,断面粗糙且发现大量熔滴;断口处出现解理台阶,塑性阶段出现明显的锯齿流变现象。从能量守恒定律出发,利用变形过程中弹性应变能的变化规律推测剪切变形区域内温升的变化规律,温升的变化规律揭示锯齿流变与试样的断裂机制。     

氢对锆基块体非晶合金形变和开裂的影响

通过充氢和未充氢缺口拉伸试样和三点弯曲试样在SEM下的原位加载,研究了氢对Zr65Al7．5Ni10Cu17．5块体非晶合金形变和开裂过程的影响,结果表明,无论是否有氢,块体非晶的剪切带发展到临界尺寸,剪切裂纹就沿剪切带形核、扩展,它一旦张开就导致快速的断裂,断口边缘观察到的无特征区是剪切带,而不是剪切裂纹断口;剪切断口形貌和拉伸断口形貌没有本质区别,只有当长时间充氢才能形成氢鼓泡,如鼓泡很小或尚未形成,则氢对剪切带以及裂纹的形核、扩展没有明显影响;如存在较大的氢鼓泡,则当剪切带尚未充分发展时微裂纹就形核,导致低应力脆断。     

Sc提高锆基块体非晶合金玻璃形成能力的机理

以Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基非晶合金为研究对象，在以工业级海绵锆为原料制备的合金中加入元素Sc，制备出楔形试样，从微观角度分析了元素Sc提高非晶合金玻璃形成能力的机理。结果表明，元素Sc的加入可显著改变Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金在非晶态-晶态过渡区中先析相的相结构及组织形态。元素Sc强烈的脱氧作用可减少合金中锆氧化物／锆氧团簇，从而消除了过冷液体中异质形核的核心，提高了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金的玻璃形成能力。     

镁基块体非晶合金的研究进展

Mg基块体非晶合金因其低成本和高比强度而有望成为轻质高强度结构材料,引起人们研究的极大兴趣.通过对Mg基决体非晶合金发展情况的综述研究,尤其是介绍了新成分设计和力学性能改善等方面的研究现况,发现Mg基块体非晶合金的研究主要集中在Mg-Cu基,成分设计以元素替代和合全体系元素优化为主,Mg基非晶合金塑性的改善是当前研究的重点和难点.     

Cu-Zr基块体非晶合金的研究进展

针对Cu基非晶合金这一具有广阔应用前景的新型非晶合金,从合金体系、性能及应用等方面对其国内外研究现状和进展进行了综述。重点分析了Cu基非晶合金体系中各合金元素的作用、合金的力学性能和耐腐蚀性能。简要介绍了表征合金玻璃形成能力(GFA)的参数和判据,特别是近几年新提出来的参数和判据。最后对Cu基块体非晶合金目前存在的问题及其应用前景进行了概述。     

电弧炉坩埚浇铸法制备锆基块体非晶

采用电弧炉坩埚浇铸法制备Zr50Cu40Al10三元锆基块体非晶,研究了电磁搅拌合金熔体的作用.结果表明,虽然在该方法中合金熔体是仅在重力作用下自由充填铸模型腔,但与常用的真空吸铸铜模铸造法相比,铸模对合金熔体的激冷能力并没有明显的降低.电磁搅拌可减小合金熔体与坩埚底部由于欧姆接触所造成的“晶核污染”,因而使锆基块体非晶态合金具有更宽的过冷液相区温度范围△Tx和更高的热稳定性.     

锆基非晶合金线材的制取

当前利用旋转液中纺丝法和熔液抽出法已能生产Ｐｄ基、Ｆｅ基、Ｃｏ基、Ｎｉ基、Ａｌ基、Ｔｉ基的非晶合金丝材。在市场上已经投放了注有商标品牌的铁基和钴基非晶合金丝材 ,其断裂强度 ( σｆ =3580ＭＰａ)相当于目前强度最高的晶态合金丝材的 1 2倍以上。最近开发成功的具有宽过冷液相区的锆基非晶合金 ,其σｆ 大约为同等弹性模量的晶态合金的 2倍以上。非晶合金是无磁合金而且弹性模量随温度的变化很小 ,弹性极限高并具有牛顿粘滞流动特性。如果能大量生产锆基非晶合金丝材 ,由于其优异的特性而可望获得广泛的应用。因此 ,日本东北大学…     

锆基块状金属玻璃剪切带弹性模量骤降现象

正S.V.Ketov等人对块状金属玻璃进行室温下机械压力试验,借助原子力显微镜、定量纳米力学图示法,在靠近和离开剪切带,以2μm剪切台阶,研究块状金属玻璃表面区弹性模量变化情况。研究结果发现,随着以毫米级速度逐渐靠近变形剪切带中心,弹性模量逐步降低,中心区降低最大。约降低70%,这是由于压力试验时过剩体积的形成和迁移,有可能形成微孔穴。     

Cu基块体非晶合金的力学行为

铜基大块非晶合金Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6与Cu50.5Ti30Zr11.5Ni6Al2具有高的压缩断裂强度,分别为2212MPa与2286MPa;伸长率均达到2.1%。断口微观形貌分析表明,Cu基大块非晶合金具有3种不同类型的微观形貌,分别与断口的3个断裂扩展区域相对应,并且观察到绝热升温导致的断面局部熔化现象。显微硬度与纳米压痕测试证实了非晶合金的弹塑性变形机制。     

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。     

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.     

一种新型Nd基块体非晶合金

在铜模铸造条件下制备了直径2．5mm的Nd61Fe30Zn9块状非晶合金．在普通DSC条件下，没有观察到这种合金的玻璃转变温度，晶化温度为730K，比Nd60Fe30Al10非晶合金的晶化温度低约70K，因此该合金的热稳定性较低．熔化行为分析表明，合金Nd61Fe30Zn9的熔化过程为单峰吸热过程，且熔化区间仅为54K，说明该合金的成分接近合金的共晶成分，但母合金的自然凝固组织不具有共晶凝固特点，表现为粗大的枝晶状组织．讨论了成分和组织对合金非晶形成能力的影响．     

热膨胀方法研究Zr基块体非晶合金的晶化过程

利用电弧熔炼及铜模快速铸造法制备Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金,通过热膨胀法测试晶化过程,与差示扫描量热法进行对比。通过高分辨电子显微镜观察晶化初期晶核的形成和长大规律。结果表明,热膨胀系数测试块体非晶合金的结构弛豫、玻璃转变、过冷液相区、晶化开始温度和晶化过程中不同晶化峰温度与差示扫描量热法测试结果完全吻合。在高分辨像中观察到近似球形的纳米晶粒和晶格条纹。然而,在高分辨像中很难辨认出晶化初期微小的晶化区域,只有对其进行快速傅里叶变换才能发现微小区域的晶化基本特征。