稀土元素对Cu基非晶合金形成能力和力学性能的影响

通过铜模铸造法成功制备出直径分别为5 mm和3 mm的三元Cu45Zr48Al7和四元Cu45Zr45Al7Y3大块非晶合金。采用甩带法制备了Cu42Ni8Ti48Sm2、Cu42Ni8Ti48Y2、Cu42Ni8Ti48Gd2三种条带非晶;其中,Cu42Ni8Ti48Y2合金的非晶形成能力最强。三种非晶的玻璃转变温度Tg不十分明显,在冷却过程中存在着一定浓度的初晶相预存核,过冷液相区ΔTx不能反映该合金系非晶形成能力的差异。Cu47Zr42Al6Y5和Cu47Zr42Al6Er5合金组织基本由非晶相组成;Cu47Zr42Al6La5合金组织含有较多的晶态相,其压缩断裂强度较低;压缩断裂机理为解理 穿晶。     

钇对ZrCuNiAl系合金非晶形成能力的影响

利用X射线衍射（XRD）和差示扫描量热分析（DSC）研究了添加钇对Zr55 Cu30Ni5Al10Y（=0,1,2,3,4）非晶合金体系玻璃形成能力的影响。用铜模铸造获得的Zr55-xCu30Ni5Al10Y（=0,1,2,3,4）块体非晶合金的临界尺寸从直径6 mm增加到20 mm。分析认为,微量钇的添加可以与合金中的残留氧形成氧化物,降低氧对合金形成非晶态结构的负面效应。因此添加适量的稀土元素钇有利于提高Zr55 Cu30Ni5Al10Y非晶合金体系的玻璃形成能力。     

Fe对Zr55Al10Ni5Cu30非晶形成能力及力学性能的影响

为了进一步提高锆基大块非晶合金的玻璃形成能力及力学性能,采用铜模吹铸法制备了（Zr0.55Al10Ni0.05Cu0.30）100-xFex（X=1,5,10）系列合金,通过X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）以及压缩实验和SEM进行材料分析。研究表明：微量Fe有助于改善非晶合金在压缩变形时剪切带内的应力分布,提高材料的综合性能,当Fe添加量为1％时,塑性应变εp达到5．9％,强度达到1．89GPa,同时,随着Fe添加量的增加,过冷温度区间ΔTx减小,热稳定性减小,非晶形成能力降低。     

(Zr52.5Ti5Al10Ni14.6Cu17.9)(100-x)/100Snx系合金非晶形成能力分析

采用电弧熔炼铜模吸铸工艺制备了（Zr52.5 Ti5 Al10 Ni14.6 Cu17.9）(100-x)/100 Snx，系大块非晶合金，对掺杂元素Sn对大块非晶合金玻璃形成能力的影响规律进行了分析探讨．研究结果表明，（Zr52.5 Ti5 Al10 Ni14.6 Cu17.9）(100-x)/100 Snx，系大块非晶合金玻璃形成能力判据参数过冷液相区和玻璃约化温度(△T，Trg)呈现随Sn质量分数的增加而先增加后降低的规律，在Sn质量分数为3％时达到最大值，对应于最佳成分．并初步分析了元素Sn掺杂提高玻璃形成能力的机理．     

添加微量稀土钇对铜基合金非晶形成能力的影响

针对铜基非晶合金玻璃形成能力问题,分析了添加微量稀土元素Y对合金的玻璃形成能力、热稳定性的影响,利用铜模吸铸法制备出Cu-Zr-Al-Y9mm非晶合金.研究结果表明：制备的9mm铜基非晶合金试样（Cu45Zr47Al8）97Y3,在过冷液相区ΔT和约化玻璃转变温度Trg分别是79.42K和0.775 3.随着稀土元素Y含量的增加Trg值变小,合金的非晶形成能力降低,通过Trg值变化可以判别该合金的非晶形成能力.     

块体(Zr0.6 Cu0.2 Ni0.1 Al0.1)100-xTix非晶合金熔体玻璃形成能力

以合金元素掺杂法考察了Ti质量分数对(Zr0．6Cu0．2Ni0．1Al0．1)100-xTix(x=1．5，3，…，7．5)块体非晶合金玻璃形成能力的影响．结果发现，随着Ti质量分数的增加，非晶合金的过冷液相区温差△Tx逐渐减小，而约化玻璃温度Trg逐渐增加，对应的楔形试样中非晶区的最大厚度(dm)逐渐增加，表明Ti的加入可以明显的提高非晶形成能力．在Ti含量为6％时(对应成分：Zr56.4Cu18.8Ni9.4Al9.4Ti6)合金具有最好的玻璃形成能力．以上结果预示着Zr56.4Cu18.8Ni9.4Al6Ti16合金具有良好的玻璃形成能力．     

工业原料制备Zr-Cu基非晶合金及其压缩断裂行为研究

采用工业原料制备了Φ4 mm的Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金棒材,利用XRD,DSC,SEM分析了该合金体系玻璃形成能力及压缩断裂行为.结果表明:Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金棒材在10,15,20 K/s的升温速度下,过冷液相区△Tx分别为71.2,72.4,68.1 K,具有较大的玻璃形成能力.该非晶合金棒材抗压强度达到1 702 MPa,断口微观形貌为典型的脉络状花纹,在断口与试样连接处发现大量的剪切带存在,同时还产生了局部熔化现象.     

Y对Cu基非晶合金的玻璃形成能力和力学性能的影响

研究了添加微量稀土元素Y对Cu基非晶合金的玻璃形成能力和力学性能的影响.通过铜模吸铸法制备Cu-Zr-Al-Y大块非晶合金,利用DSC和XRD分析合金的玻璃形成能力对合金进行室温压缩性能测试,用SEM分析了微观断口形貌.研究结果表明:适量Y掺入可提高合金的玻璃形成能力,当Y元素掺入量为3%时,Cu47Zr42Al8Y3非晶合金的过冷液相区宽度ΔT达到72.42K,有较高的玻璃形成能力;Y元素的掺入有利于提高合金的力学性能,而Cu47Zr42Al8Y1合金有最佳的力学性能,其压缩断裂强度为2 140.8 MPa,伸长率达到7.17%,且随着Y含量的增加,断裂方式由单一的剪切断裂变为剪切断裂和脆性断裂复合方式.     

Zr基非晶合金超塑性连接的实验研究

以Zr55Cu30Al10Ni5和Zr52.5Al10Cu15Ni10Be12.5块体非晶合金为研究对象,结合非晶合金超塑性成形与扩散连接工艺,用超塑性扩散连接方法在Gleeble-3500热模拟机上对其进行连接实验,实现合金在超塑性变形过程中的扩散连接。对Zr基非晶合金扩散连接之后接口的形貌特征进行观察和性能进行测试。结果表明,非晶合金在超塑性连接后能够获得良好的界面,且连接过程中没有发生晶化,连接之后其硬度和弹性模量均没有发生明显的变化。     

Nb对Cu基非晶合金热加工及力学性能的影响

为了提高Cu基非晶合金的热加工性能和力学性能,采用铜模铸造法制备了直径为2 mm的Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金.分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热计和电子万能试验机对Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金的相组成、显微组织、热力学参数和力学性能进行了研究.结果表明,适量的Nb元素可以提高Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金的热加工和力学性能.Cu47Zr47Al6非晶合金的过冷液相区和断裂强度分别为53.5 K和1 528 MPa.当Nb元素的原子分数为2%时,Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金具有最大的过冷液相区和断裂强度,且可以分别达到69.0 K和1 830 MPa.     

锆基非晶合金在NaOH溶液中的腐蚀行为

用电化学极化曲线研究锆基非晶合金Zr53.5Cu26.5Ni5Al12Ag3在25℃和60℃温度下,在0.01 mol/L和0.1 mol/L的NaOH溶液中腐蚀100 h的腐蚀行为,并用金相显微镜和扫描电镜对腐蚀前后试样的表面形貌进行观察与分析.极化曲线的测试结果表明：锆基非晶合金在25℃下,在浓度为0.01 mol/L和0.1 mol/L的NaOH溶液中浸泡100 h,随着NaOH溶液浓度的升高,非晶合金的耐腐蚀能力下降;锆基非晶合金在25℃和60℃下,在浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液中浸泡100 h,随着NaOH溶液温度的升高,非晶合金的耐腐蚀能力下降;锆基非晶合金和晶态合金在60℃下,在浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液中浸泡100 h,非晶合金的耐腐蚀性能优于晶态合金.最后根据电化学腐蚀原理,从腐蚀介质温度和浓度方面的性质探讨锆基合金耐蚀性能的因素.     

Effects of small amount Ta on the characteristics ofthe Zr-Al-Ni-Cu-Ta bulk metallic glass

The effects of Ta on the characteristics of the Zr-base BMG (bulk metallic glass) were investigated. Zr55Al10Ni5Cu30-xTax(x=1,2,4) bulk metallic glasses (BMGs) with 3.5 mm diameter and 70 mm length were successfully prepared by using combined jet and copper mold casting. A small amount of Ta addition does not change the glass transition temperature, crystallization temperature, and supercooled liquid region obviously, but Ta promotes composition separation and two-stage crystallization. The stable crystalline phases include ZrENi, CuZr2, AlEZr3 intermetallic compounds and Ta-rich solid solution after annealing the Zr-Al-Ni-Cu-Ta alloys at 753 K. Zr55Al10Ni5Cu30-xTax (x=1,2,4) bulk glassy alloys exhibit a better compressive strength. The stress-strain curve shows a zigzag feature, and the fracture surface shows intersecting of shear bands. It may correlate with the inhomogeneous feature of amorphous structure.     

轧制对Zr（60）Al（15）Ni（25）块体非晶合金晶化动力学的影响

通过线性DSC实验研究了轧制对Zr60Al15Ni25大块非晶合金晶化动力学的影响。实验结果表明,Zr60Al15Ni25非晶合金在轧制塑性变形过程中,随着变形量的增加,热稳定性降低。Zr60Al15Ni25块体非晶合金轧制后原子组态的变化主要影响晶化的形核阶段,变形量较低时（20%）合金原子组态向无序方向发展,导致晶化速率变慢,晶化变得比较困难。随着轧制的进一步增加,合金原子的无序性降低,晶化速率又逐渐提高,从而使其在随后加热过程中的晶化变得比较容易。     

SiC颗粒增强锆基非晶材料的组织与变形行为

为获得高强度、低密度且有一定塑性的新型复合材料,在铜模喷铸条件下制备了体积分数分别为6%和10%的SiC颗粒增强Zr_5.05Al₉Ni_4.05Cu_36.45块体非晶合金复合材料.应用x射线衍射仪、透射电镜、材料试验机和扫描电镜分析了复合材料的相组成、微观组织、压缩性能及断口形貌.实验结果表明：界面微观组织的变化对复合材料力学性能有显著的影响.有限的界面反应物ZrC能够增强界面的结合强度,有效地传递应力,从而阻碍剪切带的局域化扩展,促使多重剪切带的萌生,有助于提高合金的强度和塑性.而过量的界面反应则弱化界面的结合强度,致使合金压缩变形时,沿界面迅速开裂,表现为脆性断裂.     

Testing of High-Strength Zr-Based Bulk Metallic Glass with the Split Hopkinson Pressure Bar

The split Hopkinson pressure bar(SHPB) was used to determine the dynamic compressive strength of the high-strength Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5 bulk metallic glass at strain rate on the order of 102 s-1.It is shown that at high strain rates beyond about 1 000 s-1,uniform deformation within the metallic glass specimen could not be achieved and dispersion in the transmitted pulse can lead to discrepancies in measuring the dynamic failure strength of the present Zr-based bulk metallic glass.Based on these reasons,a copper insert was placed between the strike bar and the input bar to obtain reliable and consistent experimental data for testing of the Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5 bulk metallic glass using the SHPB.Negative strain rate sensitivity was found in the present Zr-based bulk metallic glass.     

非晶合金摩擦焊装置设计

为了增大非晶合金尺寸,设计了一种新型摩擦焊装置,用来连接毫米尺度的非晶合金棒料.该装置主要由主轴旋转单元,直线驱动单元以及参数控制单元三部分组成,分别实现工件的旋转、直线运动、摩擦焊接参数控制及采集.采用LABVIEW软件搭建了操作界面,实现焊接过程中主要参数的输入及监控采集.以Zr 55Cu 30Al 10Ni5非晶棒料为焊接对象,在不同焊接参数下进行了摩擦焊试验.结果表明,较高的转速能更快的让摩擦界面较短时间内完全进入过冷液相区,成功实现工件连接.新型摩擦焊装置能够实现非晶合金棒料的连接,达到设计要求.     

Glass forming ability of Zr-and Fe-based alloys at quenching from melts

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