Zr_(55)Cu_(30)Ni_5Al_(10)大块金属玻璃的等时和等温晶化(英文)

采用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)研究Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃的非等温晶化转变动力学和在过冷液相区的等温晶化动力学行为。在非等温过程中,采用不同方法(Kissinger,Flynn-Wall-Ozawa和Augis-Bennett)得到的Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃平均激活能彼此之间吻合很好。此外,采用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)模型描述Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃的等温转变动力学。研究结果表明:Zr55Cu30Ni5Al10大块金属玻璃的Avrami指数n介于2.2和2.9之间,表明其晶化机制主要是扩散控制过程。在等温晶化的过程中,晶核长大主要是三维的长程有序扩散控制的过程,平均激活能为469kJ/mol。     

添加微量Fe对Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体金属玻璃非晶形成能力和力学性能的影响(英文)

通过磁悬浮熔炼和铜模吸铸法制备直径3mm的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)100-xFex(x=0,1,2,3,4)合金试样,研究Fe元素的微量添加对Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃非晶形成能力和力学性能的影响。研究表明,合理添加Fe元素(不超过3%,摩尔分数)导致约化玻璃转变温度Trg(=Tg/Tl)和参数γ(=Tx/(Tg+Tl))增大,因而其非晶形成能力增大,但添加过量的Fe元素(4%)会导致其非晶形成能力的降低。添加Fe元素也会显著地改善Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃的压缩塑性及提高其压缩断裂强度,当Fe元素的添加量为2%时,直径3mm、长度6mm的试样在压缩时出现一定的塑性及加工硬化现象。Fe元素添加量为4%形成的金属玻璃基复合材料,同样也显示良好的压缩塑性和高的压缩断裂强度。     

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)大块非晶合金在过冷液相区内虚拟应力模型的改进

针对描述非晶合金在过冷液相区流动行为的虚拟应力模型虽然能定性分析应力-应变关系,但定量计算误差很大的问题,以Zr55Al10Ni5Cu30为例,采用MATLAB遗传算法优化弹性模量、最大应力和最大松弛时间,提高了模型对应力峰值及稳态应力值的计算精度;提出时间调整因子概念,可提高对应力变化历史描述的准确度;改进后的虚拟应力模型与Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金单轴压缩实验的结果吻合较好。     

大块金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20结构弛豫的研究

采用差示扫描量热仪(DSC)研究了大块金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20的结构弛豫。结果表明金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20的结构驰豫可分为2个阶段：在400K～520K的温度范围，样品发生的是低温结构弛豫，所伴随的结构变化是局域的和短程的，自由体积没有发生明显湮灭，所以样品的密度变化不大。而在520K～玻璃转变温度Tg的温度范围，样品发生的是高温结构弛豫，在这一过程中发生原子的中长程扩散，部分自由体积通过样品表面发生湮灭，因而导致样品的密度显著增加。实验还表明，在Tg以下进行预退火处理使得大块金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20的玻璃转变激活能明显降低，但对后续的晶化过程的影响不大。     

Al原子在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5大块金属玻璃中的扩散

采用二次离子质谱仪(SIMS)离子剥落方式结合台阶仪研究了Al原子在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5大块金属玻璃(BMG)和晶态合金中的扩散行为。结果表明:在300～390℃,Al原子在金属玻璃中的扩散系数位于3.691×10-21～1.063-16×10-20m2.s-1;在晶态合金中的扩散系数位于2.038×10-16～5.674×10-16m2.s-1,其扩散系数和温度的关系符合单一的Arrhenius关系式。Al原子在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5BMG以原子团整体输运的方式扩散,在晶态合金中以空位和间隙扩散为主。     

Ti离子辐照下Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5非晶合金的晶化行为及腐蚀性能

研究了40 k V Ti离子辐照对Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金晶化行为和腐蚀性能的影响。通过X射线衍射和差示扫描量热分析,结果表明离子辐照导致样品发生晶化,其物相与退火晶化物相有明显差异。与8.1×1017ions/cm2剂量相比,辐照剂量为2.7×1017ions/cm2时晶化量更多。电化学极化曲线和扫描电镜结果表明,辐照后样品在Na Cl溶液中的腐蚀类型为点蚀,在Na OH溶液中为均匀腐蚀,辐照后样品在两种测试溶液中的耐腐蚀性能均比铸态样品好。     

激光立体成形退火态Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5粉末的晶化行为

将等离子旋转电极法所制Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5(Zr55)粉末在1000 K退火处理后作为沉积材料,应用激光立体成形技术沉积Zr55块体非晶合金,考察工艺参数及退火态粉末尺寸对熔覆层晶化行为的影响。结果表明,不同尺寸退火态粉末组织均由Al_5Ni_3Zr_2、CuZr_2和Al_2Zr_3相组成。以不同激光线能量熔覆后,试样的熔池区主要为非晶,晶化区由熔池底部到热影响区依次分布NiZr2纳米晶、CuZr_2+ZrCu枝状共晶和CuZr_2+ZrCu球粒状共晶,共晶尺寸随着距熔池区距离的增加而减小。当激光线能量较低时,熔覆层均保持较高含量的非晶相。随着激光线能量的增大,尺寸为75~106μm的退火态粉末所制试样的晶化程度无明显加强,而尺寸为106~150μm的退火态粉末所制试样的晶化程度显著加剧。Zr55合金熔覆沉积层的晶化差异受粉末本身相结构影响较小,主要由熔覆不同尺寸粉末时熔池及热影响区的热历史决定。     

铸造温度对Zr_(53.9)Cu_(29.4)Ni_(4.9)Al_(9.8)Fe_2块体金属玻璃力学性能和组织的影响(英文)

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法以不同的铸造温度制备出直径3mm的Zr53.9Cu29.4Ni4.9Al9.8Fe2合金试样,研究了铸造温度对锆基块体金属玻璃力学性能和组织的影响。研究结果表明,对于试样的非晶结构,存在一个临界铸造温度,低于此温度会有晶体相析出。在一定范围内提高铸造温度可以提高锆基块体金属玻璃的压缩断裂强度和轻微降低塑性。当铸造电压升高至9kV时,不但可以提高合金试样的压缩断裂强度,同时提高其塑性,其塑性达到2.62%。通过控制与自由体积和残余应力相关的铸造温度,可以调节锆基块体金属玻璃的力学性能。     

Zr_(47)Cu_(44)Al_9大块非晶合金的变温晶化行为

利用示差扫描量热仪(DSC)研究了Zr_(47) Cu_(44)Al_9大块非晶合金在连续升温过程中的的变温晶化行为.利用Kissinger方法计算其特征温度表观激活能,利用Doyle方法计算其局域激活能.结果表明,Zr_(47) Cu_(44)Al_9大块非晶合金具有良好的热稳定性.利用Kissinger方法计算得到的其玻璃转变激活能E_g为390.2kJ/mol、晶化激活能E_x为325.1kJ/mol、晶化峰值的激活能E_p为299.5kJ/mol.随着加热速率的提高,各特征温度值向高温端移动,其晶化峰值温度所对应的晶化体积分数减小.局域激活能随着非晶晶化体积分数的增加而逐渐减小.     

Effect of cold rolling on glass transition of Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30) bulk metallic glass

Zr55Al10Ni5Cu30 bulk metallic glass was prepared through water-cooled copper mold suction casting, and was rolled up to 95% in thickness reduction. The structures and thermal stabilities of the as-cast and as-rolled specimens were examined by X-ray diffractometer and differential scanning calorimeter. As the thickness reduction increases, the crystallization onset temperature, peak temperature and the apparent activation energy of crystallization almost keep constant, while the glass transition temperature decreases from 681 to 671 K and the apparent activation energy of glass transition increases from (404±26) to (471±29) kJ/mol. The glass transition process is markedly affected by the rolling induced changes of microstructure and structural relaxation.     

结构弛豫对Zr_(64.13)Cu_(15.75)Ni_(10.12)Al_(10)块体非晶合金硬度和剪切带特征的影响

通过接近玻璃转变温度的等温退火获得不同弛豫状态的Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10块体非晶合金样品。利用维氏显微硬度计和洛氏硬度计研究结构弛豫对合金硬度和压痕周围剪切带特征的影响规律。结果表明:在590K等温退火处理使Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10块体非晶合金发生焓弛豫行为,其维氏显微硬度随退火时间的延长较快增加后趋于稳定,而大载荷洛氏硬度对结构弛豫不敏感。通过洛氏压痕周围剪切带特征的研究,定量比较了结构弛豫对剪切带间距、数量的影响规律。     

Microstructure and Fracture Behavior of Zr55Cu30Al10Ni5 Bulk Metallic Glass and Its Composites Containing ZrO2

The microstructure and fracture behavior of Zr55Cu30Al10Ni5 monolithic glass and Zr55Cu30Al10Ni5 reinforced with 5%-7% ZrO2 particles composites have been studied. Vein-like pattern is the main fracture morphology of the matrix, while the smooth regions can be observed on the composites fracture surface besides vein-like pattern. The fracture strength increases from 1716 MPa to 2138 MPa after adding 7vol% ZrO2 particles with average particle size of 1 μm into the matrix, but the composites show no visible plasticity due to formation of Cu10Zr7 and CuZr phases in the matrix     

原子有序度对Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金等温晶化过程的影响

通过改变母合金铸锭的重熔次数和熔体冷却速率获得3种具有不同原子有序度的Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金,并采用差示扫描量热仪研究了原子有序度对该合金等温晶化过程的影响。结果表明,在等温晶化条件下,原子有序度的增加使Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金孕育期明显减小;对晶化相的形核和长大机制几乎没有影响,均为形核速率随时间增加的扩散控制的三维长大;使Avrami指数出现一定程度的减小。     

Zr_(55)Cu_(30)Al_(l0)Ni_5块体非晶合金微反挤压试验与数值模拟

采用反挤压试验结合数值模拟的方法,研究了块体非晶合金在过冷液态区内成形微小零件的变形行为。首先采用材料压缩试验确定非晶合金的成形温度和成形速率,并用Deform3D软件模拟压缩试验过程,以寻找一个和非晶合金成形过程类似的材料,获得一个相似的本构关系,用于后续反挤压过程的模拟。在此基础上,进行了外径为1.2mm,内径1.0mm圆筒形零件的反挤压试验,研究了温度和冲头速率对反挤压力的影响,结果表明成形温度对反挤压力的影响较大,而成形速率对反挤压力的影响不显著。采用SEM观察成形件的表面形貌,发现零件的尺寸精度较高,表面精度较差。计算表明挤压过程中的摩擦较大,Deform3D模拟表明应变速率分布极不均匀。     

Zr_(56.6)Cu_(17.3)Ni_(12.5)Al_(9.6)Ti_4块体非晶合金的玻璃形成能力

采用低纯度的原料,通过电弧熔炼铜模铸造法制备了直径达10mm的Zr56.6Cu17.3Ni12.5Al9.6Ti4非晶合金圆棒。该合金玻璃转变温度tg=385.8℃,晶化温度tx=464.2℃,过冷液相区温差Δtx=78.4℃,约化玻璃温度trg(tg/tmL)=0.62。以基于DTA的合金凝固点偏移的方法确定该合金的临界冷却速度Rc=7.1℃/s,低于商业合金Vit.105合金的临界冷速(约为10℃/s)。楔形试样对比结果显示:Zr56.6合金试样中的非晶组织区域明显大于Vit.105合金的,预示前者具有较好的实际玻璃形成能力。以上结果表明,Zr56.6Cu17.3Ni12.5Al9.6Ti4合金是Zr Al Ni Cu Ti系中玻璃形成能力最强的合金之一。     

Effect of Al Addition on the Mechanical Properties and Microstructure of Zr35Ti30Cu7.5Be27.5 Bulk Metallic Glass

利用单轴压缩试验研究了用部分Al替代Zr对Zr35-xTi30Cu7.5Be27.5Alx(x=0,1,1.5,2,2.5,5,at%)块体金属玻璃力学性能的影响。研究表明,当添加Al含量为1.5at%和2at%时,所得到的块体金属玻璃的压缩塑性从0.95%(x=0)分别提高至15.10%(x=1.5)和3.45%(x=2)。利用扫描电子显微镜(SEM)对金属玻璃样品的断裂形貌进行了表面分析。利用透射电子显微镜(TEM)对不同Al含量的块体金属玻璃试样进行了微观结构表征,结果显示,Al含量为1.5at%和2at%的金属玻璃样品的微观结构呈现出了纳米级别的"微观不均匀性"。最后,结合临界剪切应力(CSS)讨论了微观结构与塑性变形行为之间的关联性。     

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。     

Cu基Cu-Hf-Al(Ti)系三元块体非晶合金成分设计

利用团簇线判据研究了Cu基Cu-Hf-Al(Ti)三元体系块体非晶合金的形成规律。在Cu-Hf-Al和Cu-Hf-Ti体系中,分别以二十面体Cu8Hf5和附半八面体的阿基米德反棱柱Cu6Hf5两个二元团簇成分为起点,向第三组元Al和Ti连线,得到4条团簇线Cu8Hf5-Al、Cu6Hf5-Al、Cu8Hf5-Ti和Cu6Hf5-Ti。在团簇线上设计合金成分并采用铜模吸铸的方法制备直径为3mm的合金棒。XRD和热分析实验结果表明,在这4条团簇线上块体非晶合金的形成区域分别为Cu8Hf5-Al(2～6at%)、Cu6Hf5-Al(2～8.3at%)、Cu8Hf5-Ti(9～15at%)、Cu8Hf5-Ti(5～11at%),其中每条线上具有最大玻璃形成能力的合金成分分别为Cu8Hf5Al0.83(Cu57.7Hf36.3Al6)、Cu6Hf5Al1.0(Cu50Hf41.7Al8.3)、Cu8Hf5Ti1.0(Cu57.2Hf35.7Ti7.1)、Cu6Hf5Ti0.83(Cu50.7Hf42.3Ti7),都近似满足(团簇)1(胶粘原子)1非晶结构模型。