Nb对Zr基块体非晶合金热稳定性、非晶形成能力及机械性能的影响

利用水冷铜模铸造法成功制备了(Zr70Ni10Cu20)90-xNbxAl10(x=0,2,5,7)块体非晶合金,采用XRD,DSC和DTA研究了Nb对该合金体系热稳定性和非晶合金形成能力(GFA)的影响．结果表明,适量Nb的添加可有效提高该合金的GFA和热稳定性．当Nb含量为x=2时,合金具有最宽的过冷液态区(△Tx=119K)和最大的非晶形成能力(参数γ=Tx／(Tg T1)=0．435),Nb的适量添加也有利于提高块体非晶合金的强度和塑性应变,其中x=2的块体非晶的抗压强度和断裂应变量分别达到1783MPa和11．1％。     

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%。     

共格沉淀析出过程的微观结构演化相场法模拟

用铜模吸铸法制备了Zr(65-x)Cu17.5Ni10Al7.5Fex(x=0,1,2,3,4,5,at％)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、同步热分析(DSC)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Fe对Zr基合金的非晶形成能力、热稳定性及力学性能的影响.结果表明:适量添加Fe元素有利于提高该合金的非晶形成能力和热稳定性,当Fe含量为x=2时,其内部结构为完全非晶结构,并且此成分具有较高的GFA和热稳定性(△Tx=58 K).Fe元素的适量加入也有利于提高该合金的强度和塑性,其中x=2的块体非晶合金的抗压强度σf、断裂应变εf和塑性应变εp分别高达2338 MPa、12.4％和2.0％.     

Cu含量对钛镍基非晶复合材料的组织和力学性能的影响

采用铜模吸铸法成功制备Cu含量不同但直径相同的TiNi基非晶复合材料试样(Ti0.5Ni0.5)100-XCuX,研究Cu含量在(X=0,10,15,20,25,30,35,40)情况下对TiNi基非晶复合材料组织和力学性能的影响。试验结果表明,在铜的含量x=20时,合金断裂强度和塑性应变都很高,此时合金具有最优良的综合性能。随着x值的增大,(Ti0.5Ni0.5)100-XCuX合金的非晶形成能力呈现一个从上升、降低再到上升的波形变化,但总体呈现降低趋势。Cu元素在TiNi基复合材料中的适量添加(x=25左右时)可以提高Ti基非晶材料的塑性,但添加量较多(x>30)时,既不能提高合金的非晶形成能力又不能提高合金的强度。在x=15时,合金有最高的断裂强度2440MPa,达到了1471MPa的较高的屈服强度值,且其产生了17.15%塑性应变,在X=25时,合金塑性应变有所提高,塑性变形达到了21.35%。     

非晶复合材料制备与性能

总结了近年来本课题组在外加强化相非晶复合材料制备方面取得的主要研究结果。通过制备过程凝固控制获得了性能优异的非晶复合材料,其中金属W／Zr基非晶合金双连续相复合材料压缩强度达到3450MPa,压缩应变为48％;金属Ti／Mg基非晶合金双连续相复合材料压缩强度达到1750MPa,塑性应变为30％;8％Nb颗粒／Mg基非晶复合材料压缩强度达到900MPa,塑性应变为12．1％;6％SiC颗粒／Zr基非晶复合材料压缩强度达到2230MPa,塑性应变为3％。     

Zr-Al-Co-Er-Cu系块体非晶合金的形成及其力学性能和腐蚀行为

制备了具有高非晶形成能力的Zr-Al-Co-Er-Cu系非晶块体合金,并研究了Cu元素对Zr-Al-Co-Er块体非晶合金的形成、力学性能和腐蚀行为的影响。研究表明以适量的Cu元素替代Zr-Al-Co-Er合金的Co元素有利于非晶形成能力的提高和力学性能的改善。其中,Zr49Al20Co23Er6Cu2非晶合金的临界直径达6mm,压缩断裂强度达到1950MPa,表现出1.4%的塑性变形。Zr49Al20Co25-xEr6Cux(x=0～8at%)非晶合金在1mol/LH2SO4、3%NaCl(质量分数,下同)溶液中的均发生自钝化,并且具有较低的钝化电流密度。Cu含量的变化对Zr-Al-Co-Er-Cu非晶合金的腐蚀行为没有明显影响。     

Gd含量对Zr48-xCu45Al7Gdx非晶形成能力与力学性能的影响

采用高真空电弧熔炼喷射成形法制备Zr48-x Cu45Al7Gdx(x=0～7)大块非晶。利用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、压缩试验和硬度试验分别研究Gd含量对合金非晶形成能力,组织形貌与断口形貌和力学性能的影响。结果表明,Gd含量对合金系的非晶形成能力和力学性能有显著影响,Gd含量为(2～5)at%时,可制得直径4 mm大块非晶,非晶合金具有较大过冷液相区ΔTx(73～79 K),约化玻璃转变温度Trg(0.694～0.698)。合金由无特征非晶组织构成,抗压强度σb为1768～1794 MPa,HV硬度为5.08～5.32 GPa。压缩试验中,试样以纯弹性变形方式发生脆性断裂,断口光滑平整,为典型脉络状花纹。     

B元素的添加对Zr基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制备直径为3mm的(Zr71Fe14Cu15)100-xBx(x=1、23、、4、5)合金圆棒。采用X射线衍射(XRD)和准静态压力试验对Zr基合金的非晶形成能力力学性能进行研究。结果表明,当x=3时,非晶的形成能力最好;随着B元素含量的增加(x=1、2、3、4、5),淬火态合金呈现先减小后增大的趋势,当x=5时淬火态合金的断裂强度σmax和弹性模量最大(σmax=1398MPa,E=271GPa)。     

ZrCuAlSi大块非晶合金形成及力学性能

通过铜模铸造法制备(Zr47Cu44Al9)100-xSix(x=0,0.5,1.5,2.5)大块非晶合金.利用差热分析、X射线衍射、显微硬度和室温压缩试验.研究分析添加Si元素对Zr47Cu44Al9合金非晶形成能力、热稳定性及力学性能的影响.结果表明,适量Si的加入能显著提高非晶合金的热稳定性,当Si的加入量为1.5时,合金具有最大的非晶形成能力,其纯非晶试样的临界尺寸由Zr47Cu44Al9的4 mm增大到(Zr47Cu44Al9)98.5Si1.5的6 mm.Si提高非晶形成能力的原因主要是抑制了引起异质形核的CuZr相的形成与析出.力学性能实验显示,显微硬度(Hv)随Si的加入由Zr47Cu44Al9合金的5850MPa增呔到(Zr47Cu44Al9)98.5Si1.5合金的6220 MPa,(Zr47Cu44Al9)98.5Si1.5合金的断裂强度为1862 MPa.     

Y元素添加对Zr基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制备成直径为3mm的Zr65-xCu17.5Ni10Al7.5Yx(x=0、2、4at.%)合金圆棒。采用X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)和微机控制电子式万能试验机等技术手段对Zr基合金的非晶形成能力,热稳定性和力学性能进行研究。结果表明,当x=2时合金为完全非晶组织,此时非晶具有较高的热稳定性和非晶形成能力(△Tx=69K),此时断裂强度σmax为1518MPa,塑性变形εp为1.5%。随着Y含量的增加,非晶的形成能力、热稳定性和力学性能都有所降低。     

Zr-Cu-Ni-Ta-Al块体非晶合金复合材料的合成及力学性能

采用电弧熔炼铜模铸造法制备了Ta晶体相增强的Zr基非晶合金复合材料。利用差示扫描量热仪（DSC），X射线衍（XRD）射仪，扫描电子显微镜（SEM）等手段研究了Ta加入对（Zr0.65Cu0．175Ni0.175）90-xTaxAl10（x=0，4，6，8，10）（原子百分比）非晶复合材料非晶形成能力及力学性能的影响。结果表明，Ta的加入改变了合金的晶化行为，随着Ta含量的增加，合金的DSC曲线由单一晶化峰转变为多个晶化峰。加入10％Ta的块体非晶合金复合材料的基体固溶约4％的Ta。复合材料的塑性应变量达到3．2％，同时最大应力达到1855MPa，明显高于不含Ta合金。块状非晶合金复合材料中Ta晶体相的存在，阻止单一剪切带的扩展，诱发更多剪切带形成，从而提高了材料的抗压强度和塑性。     

Cu对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力与力学性能的影响

采用铜模造制备直径为3 mm的Mg70-xZn25Ca5Cux(x=1,2,3.5,5)系列合金.分别采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRO)、力学性能试验装置研究合金的显微组织、相组成和铸态样品的压缩性能,并对断日形貌进行分析.结果表明:Mg69Zn25Ca5Cu1可以形成直径为3 mm的非晶合金,其强度和塑性应变分别为690 MPa和1.7%.与Mg-Zn-Ca合金相比,其非晶形成能力和塑性应变均有提高.同时这也是目前在直径大于2 mm的Mg基非晶合金中所发现的最大塑性应变量.     

高Cu高强Zr基块体非晶合金的制备与力学性能

利用铜模铸造的方法制备了(Zr41.2Ti13.8Ni10Be22.5)1-x/87.5Cu12.5 x(x=1.6,6,11.2)块体非晶合金及其复相组织,分析了合金的相组成,热稳定性、力学性能及断口形貌.结果表明:随着铜含量的不断增多,尽管过冷液相区(ΔTx)逐渐增大,但非晶形成能力却不断下降.当合金的铜含量提高到18.5%时,非晶合金的压缩断裂强度达到2.2 Gpa,进一步增加铜含量到23.7%,压缩强度出现下降趋势.     

Cu含量对钛镍基非晶复合材料的组织和力学性能的影响（英文）

采用铜模吸铸法成功制备Cu含量不同但直径相同的TiN i基非晶复合材料试样 (Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(100-x)Cu_x,研究Cu含量(x=0,10,15,20,25,30,35,40)对TiN i基非晶复合材料组织和力学性能的影响。试验结果表明,在铜的含量x=20时,合金断裂强度和塑性应变都很高,此时合金具有最优良的综合性能。随着x值的增大, (Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(100-x)Cu_x合金的非晶形成能力呈现一个从上升、降低再到上升的波形变化,但总体呈现降低趋势。Cu元素在TiN i基复合材料中的适量添加(x≈25)可以提高TiN i基非晶材料的塑性,但添加量较多(x30)时,既不能提高合金的非晶形成能力又不能提高合金的强度。在x=15时,合金有最高的断裂强度2440 MPa,达到了较高的屈服强度1471MPa,且其产生了17.15%的塑性应变,在x=25时,合金塑性应变有所提高,塑性变形达到了21.35%。     

半固态处理对Zr_(60)Cu_(17.5)Al_(7.5)Ni_(10)Ti_5非晶形成能力和力学性能的影响

采用铜模吸铸法将Ti元素添加到Zr65Cu17.5Al7.5Ni10非晶合金中,制备得到直径为3 mm的大块非晶合金。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)和微机控制电子式万能试验机等研究半固态处理对Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5大块非晶合金的微观组织结构、非晶形成能力、压缩力学性能以及断口形貌的影响。结果表明:半固态处理技术对非晶合金材料的组织结构和力学性能有很大的影响,能够提高非晶合金的强度和塑性;半固态下Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5表现出较好的非晶形成能力,表征非晶形成能力的参数Trg为0.618 9,过冷液相区△Tx达到40 K;且当吸铸电压为7 kV时试样的塑性最好,为1.94%,强度为1 487.411 MPa。     

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。     

Zr-Cu-Al-Y非晶合金的制备及性能研究

采用铜模铸造法对Zr47-xCu46Al7Yx(x=3～7)非晶合金进行了研究,成功地制备出临界直径为6mm的Zr42Cu46Al7Y5四元大块非晶合金;研究了Y含量对非晶合金的形成和性能的影响.结果表明,压缩变形呈现弹性变形、脆性断裂特性,非晶合金的硬度随Y含量的增加而增加.该非晶合金具有较好的压缩断裂强度、维氏硬度以及良好的弹性.     

Zr的替代对快冷Ti合金组织与力学性能的影响

通过铜模铸造法制备出了直径为3mm的Ti66.7-xNi20Cu13.3Zrx(x=0、10、30)合金圆柱棒。利用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)等研究了Zr的替代对Ti66.7-xNi20Cu13.3Zrx(x=0、10、30)(原子百分比)合金组织与力学性能的影响。结果表明:未替代Zr(x=0)时,形成Ti基非晶复合材料,塑性应变量达4.8%,同时最大应力达到1756MPa;Zr的替代使合金析出脆性相,导致试样破坏性脆断。     

Co对Ti-Zr-Be-Cu块体非晶形成能力及热稳定性的影响

采用铜型铸造法制备直径为12mm的Ti35Zr30Be27.5-xCu7.5Cox(x=3.5,7.5,11.5)系列块体非晶合金。采用X射线分析(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)研究了Co元素含量变化对Ti-Zr基合金的非晶形成能力、结构变化以及热稳定性的影响。结果表明,随着Co元素替代部分Be元素(x=3.5,7.5),合金的非晶形成能力由5mm显著提高到12mm,进一步增加Co元素含量(x=11.5)时,非晶形成能力迅速降低,其形成能力不足5mm;但随着Co含量的变化,Ti35Zr30Be27.5-x Cu7.5Cox(x=3.5,7.5,11.5)系列块体非晶合金的玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx分别从x=0时的636K和718K降低到x=11.5时的612K和647K。讨论了Co元素的添加对Ti35Zr30Be27.5-xCu7.5Cox(x=3.5,7.5,11.5)合金结构变化的影响。     

新型铜基块体非晶合金Cu55-xZr37Ti8Inx的制备及性能

利用铜模吸铸法合成Cu—ZrTi—In非晶棒。块体非晶合金Cu50Zr37Ti8In5的△瓦值最大,为66K。从原子尺寸大小和热力学角度分析在铜基非晶合金中添加适量In元素后能够提高其非晶形成能力的原因。在所测的块体非晶合金Cu55．Zr37Ti8Inx（x≤〈5）,Cu52Zr37Ti8In3表现出最高的抗压强度（1981MPa）和最佳的塑性,其在压缩断裂前的总塑性变形量约为1．2％。