合金元素对Zr基大块非晶晶化行为的影响

利用准晶的共轭结构模型构造出了Zr基非晶合金中准晶相的原子结构模型,用递归方法研究了合金元素对非晶晶化过程的影响.结果表明:Zr基非晶合金析出的准晶相存在Zr6Ni,Ni6Zr2种结构,Ni6Zr结构优先析出;合金元素Ag,Pd,Pt,Au固溶于准晶中时,占据Cu,Ni原子的位置,增大近邻原子间的相互作用,这从电子理论角度解释了合金元素Ag,Pd,Pt,Au稳定地促进二十面体准晶(I)相析出的事实.     

Zr基块状非晶的氢损伤与氢致滞后断裂

研究了Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5块状非晶在充氢过程中氢致滞后断裂规律以及氢鼓泡的形核、长大及破裂过程.结果表明,当充氢电流i<20 mA/cm2时,不出现氢损伤(鼓泡及微裂纹),但在恒载荷条件下能发生氢致滞后断裂,其归一化门槛应力强度因子为KIH/KIC=0.63.当i>20 mA/cm2后,无载荷下充氢会产生氢损伤,恒载荷下发生滞后断裂时KIH/KIC从0.63降为0.26.氢鼓泡(直径约为30 nm)形核时的内压pi≈3.6 GPa.随氢的进入,鼓泡不断长大;内压增大至pC≈3.9 GPa时,鼓泡就会解理扩展变成裂纹;但扩展20-30 μm后,内压下降从而止裂.当一定量原子氢进入氢鼓泡后,它又能解理扩展,从而在鼓泡边缘局部解理断口上可以观察到止裂线.     

Nb、Ta等元素对Zr基大块非晶非晶形成能力及耐腐蚀性影响机理研究

  用计算机编程构造了Zr基非晶合金包含二十面体原子团簇的Zr₂Ni晶体相.用Zr₂Ni晶体相中以Ni原子为中心的二十面体原子团簇模拟Zr基非晶中二十面体团簇.应用实空间的递归方法计算了合金元素取代二十面体原子团簇中心和顶角位置原子时的局域态密度、二十面体原子团簇中中心Ni原子与其近邻合金元素Nb、Ta、Ti、V的总键级积分及团簇的费米能级.结果表明,Nb、Ta、Ti和V取代Zr原子后使其与Ni的键级积分有所降低,使合金的非晶形成能力下降,但Nb、Ta对合金的非晶形成能力影响不大;Nb、V取代Zr使费米能级升高,可使Zr基非晶容易钝化,提高耐蚀性;Ta对Zr基非晶的耐蚀性影响不大.而Ti使Zr基非晶的钝化能力下降.综合合金元素对非晶形成能力和耐腐蚀性的影响,Nb是最有益的合金元素,即在Zr基非晶中,通过加入少量的Nb元素,可以制备出具有较高耐腐蚀性的大块非晶.     

FeCo基大块非晶合金盐雾与电化学腐蚀研究

通过电化学测试方法与中性盐雾腐蚀实验研究Fe24 xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2 (X=0, 2, 4, 6, 17)块体非晶合金的耐蚀性。合金在1 mol/L HCl中出现了宽的钝化区,其EIS图谱均由单一容抗弧组成,显示出良好耐蚀性;结合极化曲线与交流阻抗结果分析可得合金耐蚀性随着Co含量的增加先增大后减小,当Co含量为20%时合金耐蚀性最好。利用能谱分析(EDS)与原子力显微镜(AFM)对合金的中性盐雾腐蚀结果进行分析,可知它们的腐蚀产物主要由铁和钴的氧化物以及它们的氯化物组成。同时FeCo基大块非晶合金腐蚀程度随着Co含量的变化而变化,其盐雾腐蚀耐蚀性规律与电化学腐蚀耐蚀性规律一致。     

原位β-Zr相/Zr非晶基复合材料的干摩擦滑动磨损行为

采用铜模喷铸法制备出直径为3 mm的原位β-Zr相/Zr非晶基复合材料,对其在干摩擦条件下的滑动磨损行为进行了研究。结果表明,与纯块状非晶合金相比,Zr基块状非晶复合材料的耐磨性能得到明显的改善。复合材料比纯块状非晶合金具有更低的摩擦系数和磨损速度,最低的磨损速度比纯非晶合金的减小48.1%。同时,包含一定体积分数β-Zr相的复合材料表面磨损比纯非晶合金的轻,只有一些浅的犁沟,其磨削小,显示出轻微的磨粒磨损特征,而纯非晶合金的磨损表面呈现出片状、分层、凸起及深的犁沟等特征,磨削大,为严重的磨粒磨损。复合材料低的磨损速度归因于铸态下析出的分布在非晶基体上的韧性β-Zr枝晶相的存在。该相具有较强的承载、塑性变形和加工硬化能力,通过减小界面处非晶基体的应力集中、释放应变能、限制剪切带和裂纹的萌生与扩展、使塑性变形更加均匀等途径提高耐磨性能。     

Tm对锆基块体非晶合金力学性能和腐蚀性能的影响

采用铜模负压吸铸工艺制备了(Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12)_100-xTm_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_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_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）NaCl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。     

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％。     

(Zr55 Al10 Ni5 Cu30)0.97 Ce0.03非晶合金在含Cl-介质中的腐蚀电化学行为研究

用电化学技术方法研究了Zr55Al10Ni5Cu30和(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金在含Cl-介质中的腐蚀电化学行为及添加稀土Ce的影响.结果表明:随Cl-浓度增加,两种非晶合金的腐蚀速度加快;添加稀土Ce后提高合金耐蚀性;随极化电位的提高,两种非晶合金在0.05 mol/L Na2SO4及含Cl-介质中均出现钝化特征,维钝电流密度随Cl-浓度增加而减小;Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的电化学阻抗谱由单容抗弧组成;(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金的交流阻抗谱在Cl-浓度较低时呈单容抗弧特征,而随Cl-浓度的增加,单容抗弧变为双容抗弧.     

ZrTICuNiBe大块非晶合金腐蚀行为的电化学研究

用电化学方法研究了ZrTiCuNiBe大块非晶合金在酸、碱、盐各种腐蚀介质中的腐蚀行为。极化曲线分析结果表明：ZrTiCuNiBe大块非晶材料的耐蚀性优于晶态合金。     

含钴锆基块状非晶合金的制备与力学性能

采用水淬法制备了Zr—Ti—Cu—Ni—Be—Co块状非晶合金(BMGs)。使用XRD进行相分析，采用热分析仪进行玻璃转变温度、晶化温度和热稳定性等的测定，用SEM观察试样压缩后的外表面和断口形貌。研究了Co对Zr—Ti—Cu—Ni—Be合金非晶形成能力(GFA)、热稳定性及力学性能的影响。结果表明：含Co的所有Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs都有1个明显的玻璃转变点和宽的过冷液相区(△T）。Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5合金具有和Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金相当的△T；Co的添加明显提高Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs的力学性能，含Co量大于10at％的Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs的压缩断裂强度（σf）超过2000MPa，Zr38Ti17Co22.5Be22.5合金的σf达到2230MPa，比Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金的σf提高23％。     

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.     

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.     

Zr基非晶合金微塑性成形工艺研究

研究了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金(Vit.1)在370～430℃区域内等温压缩变形行为,获得其高温粘性流变规律。利用透射电镜分析Vit.1在370℃时应变软化及420℃时应变强化现象。根据所确定的高温变形工艺参数,使用快速加热精密微塑性成形系统进行了Vit.1微型齿轮成形试验,研究不同温度及载荷下的齿轮成形工艺。利用扫描电镜、原子力显微镜和显微硬度计对成形件的表面形貌和性能分析结果表明,在温度395℃及载荷350N条件下成形出的非晶合金微型齿轮性能均匀表面光洁度好,利用此微成形工艺可以获得质量良好的微型零件。     

Zr基块体非晶合金在过冷液相区的超塑性流变行为

研究了Zr41.25Ti13.75Ni10Cul2．5Be22.5(原子分数,%)块体非晶合金在玻璃转变终了温度Tg^end附近的4个特征温度点(616,636,656和676K)的等温拉伸行为．结果表明,块体非晶合金的超塑性能与环境温度及拉伸速度紧密相关．在656K,以5mm／min的速度拉伸时,获得了1625％的最大延伸率利用速度突变法测出了636,656及676K时的应力敏感指数分别为0．25,0．65和0．93．利用自由体积模型对块体非晶合金的超塑性流变行为的微观机制进行了分析．     

一种高强度铁基非晶合金

在铜模铸造条件下制备了直径为5mm的Fe48-xNixCr15Mo14C15B6Y2(x=1,3)和7mm的Fe46Ni2Cr15Mo14C15B6Y2的块状非晶合金。通过XRD和DSC分析,Fe48-xNixCr15Mo14C15B6Y(x=1,2,3)非晶合金的过冷液相区宽度分别为43.8℃、46.1℃和35.2℃。经力学性能测试,压缩断裂强度分别达到了2997MPa、2881MPa和2850MPa。     

Mg-Cu-Y块体金属玻璃的塑性变形特性

通过对Mg-Cu-Y块体金属玻璃在深过冷液体区间塑性变形特性的研究，探讨了影响其塑性变形的因素及其影响规律。结果表明，加载温度和时间均对其塑性变形有明显的影响，在深过冷液体区间，要达到合适的变形量，加载温度和时间必须适中；Mg-Cu-Y块体金属玻璃在压缩条件下能够发生流变，较好地复制模具表面的显微形貌。同时，在加载条件下，Mg-Cu-Y块体金属玻璃更容易发生晶化。     

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．     

Ti基大块金属玻璃的研究与应用

阐述了Ti基大块金属玻璃(BMG)的成分设计原则及制备方法，并对Ti基非晶合金及其部分晶化复合材料的力学性能及断裂机理进行了评述。结果表明：Ti基大块金属玻璃具有较高的断裂强度、弹性延伸率及一定的塑性延伸率，而经过部分晶化获得的非晶合金基纳米颗粒复合材料，其室温塑性获得很大的改善。在此基础上探讨了该合金目前所存在的问题、研究热点以及其应用前景。