W-WC混杂增强铜基块状非晶复合材料的研究进展

鉴于目前渗流铸造法制备的非晶复合材料的增强体单一,且难于成型复杂零件的局限性,提出了渗流铸造W纤维＋WC颗粒混杂增强铜基非晶复合材料铸坯＋过冷液相区压铸成型复杂零件的工艺路线,重点研究混杂增强非晶复合材料的增强机制和压铸过程复合材料的组织和力学性能的变化规律等,介绍钨碳等元素的添加对增强铜基块状非晶复合材料的研究进展现状。     

非晶合金微观结构的不均匀性与塑性

块体非晶合金用于工程结构材料的优势在于其高强度和高弹性应变,瓶颈在于其缺乏塑性。近期的研究进展表明,在非晶合金中引入微观结构的不均匀性,可以获得良好的室温塑性。本文综述了块体非晶合金中各种微观结构不均匀性的形成条件、表征手段以及微观结构不均匀性与剪切带行为和塑性的关系,讨论了制备条件和合金成分对非晶合金微观结构和塑性的影响,并提出了非晶领域未来需要解决的几个重要问题     

Cu64Zr36合金非晶剪切带形成的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)模拟方法研究在轴向压缩下,冷却速率、应变率、环境温度、裂缝对Cu64Zr36二元非晶合金力学性能的影响。在模拟中,采用EAM势函数表述原子间的相互作用。计算结果表明:非晶的弹性模量和抗压强度都比晶体试样大一倍多,而当应变≥15%时两种试样的流动应力几乎相等;冷却速率缓慢得到的非晶试样由于原子发生重组变疏松,产生剪切带,而冷却速率较快得到的试样则没有发生重组;试样的弹性模量、抗压强度和流动应力对应变率变化很不敏感;随着环境温度的升高,流动应力、抗压强度和弹性模量降低;有初始裂纹的试样剪切带集中,从裂纹尖端开始,与加载方向呈45o方向扩展。     

块状非晶剪切带和微裂纹形核扩展的SEM原位研究

在扫描电镜(SEM)中对Zr57Cul5.4Nil2．6Al10Nb5块状非晶单边缺口试样进行了原位拉伸；用原子力显微镜(AFM)研究了剪切带的三维形貌．研究表明，拉伸时缺口前方产生剪切带，它们逐步发展、长大．尽管剪切带由剪应力产生，正应力在其形成和扩展过程中起重要作用．两剪切带相交时会形成割阶，其长度随相交剪切带中应变量升高而增大．当主剪切带中应变集中足够大后，剪切微裂纹沿主剪切带和基体的交界线形核扩展，并沿剪切面向试样内部扩展几十微米；在正应力作用下，该剪切(Ⅱ型)裂纹张开成I型，并快速贯穿试样厚度，然后沿横向快速扩展导致断裂．     

铜基非晶合金的研究现状及展望

介绍了铜基非晶合金的发展历程,对制备铜基非晶合金的各种方法进行了总结,综述了铜基块状非晶合金的机械性能、耐腐蚀性、电学性能,最后对铜基非晶合金的发展前景进行了展望。     

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.     

铜基块体非晶合金纳米压痕研究

本文利用三种不同的纳米压痕模式研究了两种铜基大块金属玻璃Cu₅₉Zr₃₆Ti₅和Cu₆₁Zr₃₄Ti₅。分别采用了加载速率控制模式、载荷控制模式和循环加载模式。当加载速率不超过5mN/S时,试样的杨氏模量随加载速率而变。Cu₅₉Zr₃₆Ti₅和Cu₆₁Zr₃₄Ti₅的弹性模量均随峰值载荷和加载速率的增加而降低。但峰值载荷和加载速率对硬度影响不大。循环加载使Cu₅₉Zr₃₆Ti₅产生轻微加工硬化,而Cu₆₁Zr₃₄Ti₅则不显示这样的结果。而且,Cu₆₁Zr₃₄Ti₅的硬度和模量都明显高于Cu₅₉Zr₃₆Ti₅。     

具有良好室温塑性的ZrCuNiAlNb块体非晶

在脆性的ZrCuNiAl块体合金中添加Nb,获得新型的Zr60.59Cu15.78Ni10.73Al10.75Nb2.15非晶合金。通过XRD、DSC及HRTEM对合金的结构及热力学参数进行测定,并采用静态压缩实验研究其力学性能。结果表明：合金在XRD和DSC精度范围内呈现非晶态特征,但HRTEM结果显示其析出少量1~2 nm的纳米晶。Nb的添加还显著降低了合金的结晶激活能,有利于形变过程中纳米晶的进一步形核。纳米晶的存在增加了剪切带的形核位置,阻碍和钝化剪切带扩展,并诱发剪切带分叉及新剪切带形成,提高了合金的室温塑性。该块体非晶的屈服强度为1850 MPa,平均塑性应变为11.95%,最大塑性应变达到25.37%,最小塑性应变为2.95%,并具有应变硬化现象     

塑性Zr-Cu-Fe-Al-Y非晶合金及其力学性能

报道了系列具有大塑性变形能力的Y微合金化Zr-Cu-Fe-Al-Y非晶合金。该系列合金在压缩变形条件下,塑性应变量可达8.3%,最高的屈服强度、断裂强度分别为1750、1900MPa。压缩应力-应变曲线呈现明显的锯齿状流变现象,压缩试样表面存在大量剪切带,试样断口呈典型的非晶脉状断口形貌。在变形试样的高分辨电镜分析中没有发现任何结晶相存在。计算显示,该系列非晶合金具有较大的泊松比值,其中(Zr0.58Cu0.24Fe0.08Al0.10)99Y1的泊松比为0.335。这表明大的泊松比是该系列非晶合金具有大塑性变形能力的物理原因之一。     

一种新的具有室温大塑性的Zr基块体非晶合金

通过二元共晶比例法设计了一种新的具有室温大塑性的Zr51Al9.96Ni14.34Cu24.7块体非晶合金.该合金室温压缩最大强度达2356 MPa,塑性应变达14.6%.高分辨透射电镜(HRTEM)及热分析(DSC)结果表明,压缩过程的变形诱发了纳米晶化.纳米晶的形成一方面诱发新的剪切带的形成,增加了剪切带的密度;另一方面阻碍了剪切带的进一步扩展,使大量初始剪切带与二次剪切带的交割和分叉,因而导致所研究非晶合金优异的塑性变形能力.     

铁基块状非晶合金的制备及性能

采用工业材料利用铜模浇注方法制备了直径为1．5mm的Fe60Co8Zr10Mo5W2B15块状非晶合金．利用XRD和DSC对非晶合金铸态结构及热稳定性进行了分析．该合金的玻璃转变温度Tg、晶化开始温度Tx、过冷液相区△Tx(Tx-Tg)及约化玻璃转变温度Trg(Tg／Tm)分别为891K，950K，59K和0．62．Moessbauer谱为宽化、非对称的双线谱，表明该合金为顺磁性的非晶合金．该合金在3．5％NaCl溶液和1mol／L HCl溶液中表现出良好的抗腐蚀性能，电化学阻抗谱为单一的容抗弧．而且在3．5％NaCl溶液中测得的极化曲线上存在钝化区．合金硬度为HV1032．     

镍基块状非晶合金的晶化动力学行为

利用铜模铸造方法制备了Ni45 Ti23Zr15Si5Pd12块状非晶合金，采用扫描差热分析(DSC)和X射线衍射(XRD)对该块状非晶合金的晶化动力学行为进行了研究．结果表明：Ni45Ti23Zr15Si5Pd12块状非晶样品的晶化过程为多阶段晶化，主要晶化过程的Avrami指数大于3．0，为三维形核长大过程；随着晶化体积分数的增加，剩余非晶的晶化激活能增大，合金热稳定性增加；原子尺寸差异以及各原子间大的负混合焓是合金具有高的热稳定性的主要原因．     

装甲钢板中绝热剪切带的特征

测量了碳含量（质量分数,％）分别为０．２４,０．２８,０．３０,０．３９和０．４４的Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ装甲钢板基体、变形区及绝热剪切带的显微硬度,观察绝热剪切带形貌的微观组织结构,结果表明：随硬度升高,绝热剪发带的数量增多,绝热剪切带的硬度远高于基体及淬火态试样的硬度,其硬度随碳含量变化的规律与淬火态试样随碳含量变化的规律一致,绝热剪切带微观组织是非常细小的马氏体板条构成的,未观察到绝热剪切带内部析     

钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料及其塑性行为

采用渗流铸造法制备出了钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料，在压缩条件下复合材料表现出弹性-完全塑性的应力-应变行为，和未复合的大块非晶相比，总应变量提高600%以上，非晶复合材料塑性提高的原因是钨丝阻碍了非晶基体剪切带的滑移，诱发多个剪切带的产生，同时滑移的面积增大的结果，复合材料的破坏方式与钨丝体积分数有关，在体积分数小于40%时一般为剪切破坏，大于60%时为纵向劈裂破坏，介于（40-60）%之间时，在钨丝与界面结合良好的情况下，趋于剪切破坏，否则为劈裂的破坏方式。     

非晶态铝合金晶化过程的形核与长大行为研究

制备了一种具有较宽过冷液态温度范围（△T=17K）的非晶态Al85Ni5Y8Co2（原子分数）合金。利用差热分析、电阻测量及高分辨电镜监测了合金化动力学过程。结果表明，在非晶态铝合金的退火过程中纳米Al粒子的形核与长大过程是可分离的，即首先发生淬态Al晶核的长大，之后在过冷液态温区发生高密度纳米Al粒子的形核，最终是Al晶核 的长大过程。     

定向凝固制备内生晶体增塑的锆基非晶复合材料

通过Bridgman定向凝固成功制备了成分为Zr58.8Ti14.3Nb5.2Cu6.1Ni4.9Be1.0的内生枝晶增塑的非晶复合材料.内生枝晶的尺寸和体积分数可以经抽拉速度的改变得以控制,进而实现了对其力学性能的调节.研究表明,枝晶的大小与抽拉速度呈线性关系,体现出定向凝同在制备非晶复合材料方面可调控析出相的优势.通过对实验参数抽拉速度的优化得出,当抽拉速度为1.0 mm/s时,最高压缩强度达到了1930 MPa,断裂塑性达到11.3%.     

应用调制差示扫描量热计（Modulated—DSC）分离非晶态合金的玻璃化转变

应用调制差示扫描量热计对非晶态合金Ｌａ５５Ａｌ２５Ｎｉ１０Ｃｕ１０,Ｍｇ６５Ｚｎ３５,Ｎｄ６０Ｆｅ３０Ａｌ１０以及Ｚｒ３０Ｙ３０Ａｌ１５Ｎｉ２５的玻璃化转变过程进行了研究。在Ｍｇ６５Ｚｎ３５和Ｎｄ６０Ｆｅ３０Ａｌ１０合金中观察到了玻璃化转变;在Ｍｇ６５Ｚｎ３５,Ｎｄ６０Ｆｅ３０Ａｌ１０以及Ｚｒ３０Ｙ３０Ａｌ１５Ｎｉ２５中甚至观察到两个玻璃化转变过程。由于能够清楚地观察到玻璃化转变过程,因此可以得到     

SYNTHESIS OF PLASTIC Zr–BASED BULK METALLIC GLASS WITH CRYSTAL PHASE BY DIRECTIONAL SOLIDIFICATION

通过Bridgman定向凝固成功制备了成分为Zr_58.5Ti_14.3Nb_5.2Cu_6.1Ni_4.9Be_11.0的内生枝晶增塑的非晶复合材料. 内生枝晶的尺寸和体积分数可以经抽拉速度的改变得以控制, 进而实现了对其力学性能的调节. 研究表明, 枝晶的大小与抽拉速度呈线性关系, 体现出定向凝固在制备非晶复合材料方面可调控析出相的优势.通过对实验参数抽拉速度的优化得出, 当抽拉速度为1.0 mm/s时, 最高压缩强度达到了1930 MPa, 断裂塑性达到11.3%.     

Zr基块体金属玻璃的形成和性能

研究了一系列具有很强非晶形成能力（ＧＦＡ）和优异性能的块体金属玻璃（ＢＭＧ）及含有纳米晶的ＢＭＧ的制备过程,结果表明,对掺碳的Ｚｒ／Ｔｉ基ＢＭＧ,当碳含量（原子分数,％,下同）,在１－２时,合金具有很宽的过冷液相区（ＳＬＲ,晶化开始温度Ｔｘ和玻璃转变温度Ｔｇ之间的温区）和较高的约化玻璃转变温度Ｔｒｇ（Ｔｒｇ＝Ｔｇ／Ｔｍ）;当碳含量增至３－８时,合金为含有纳米晶ＺｒＣ的ＢＭＧ基复合材料。加Ｆｅ的Ｚｒ