Y掺杂对(Cu56Zr44)1-xYx合金非晶形成能力及摩擦学性能的影响

为开发远离Cu_(56)Zr_(44)共晶点的新型非晶合金,探索生物质燃油新能源汽车活塞新材料,采用单辊旋淬法制备了(Cu_(56)Zr_(44))_(1-x)Y_x (x=0, 1, 3, 5, 7, 9, at%)试样,表征了试样物相、热力学参数、纳米硬度,测试了试样在乙醇汽油稀释机油润滑下的摩擦学性能。结果表明:(Cu_(56)Zr_(44))_(1-x)Y_x试样为完全非晶结构。随着Y含量从1at%增至9at%,(Cu_(56)Zr_(44))_(1-x)Y_x非晶试样的ΔT_x和T_(rg)分别从61K降至51K和从0.670降至0.658,但高于Cu_(56)Zr_(44)非晶试样的49K和0.644,即Y掺杂有效地增强了Cu_(56)Zr_(44)-基合金的非晶形成能力(glassformingability,GFA)和热稳定性。随着Y含量从1at%增至9at%,(Cu_(56)Zr_(44))_(1-x)Y_x非晶试样纳米硬度从8.83 GPa降至7.33 GPa (但仍高于Cu_(56)Zr_(44)的6.82 GPa),在10和20 N 2种载荷下的摩擦系数和磨损率随之增加(但仍低于Cu_(56)Zr_(44)),即Y掺杂明显地提升了Cu_(56)Zr_(44)-基合金的力学和摩擦学性能,且掺杂1at%Y的试样具有最强的GFA和热稳定性,同时展现出最优的减摩抗磨性能。相同实验条件下,(Cu_(56)Zr_(44))_(1-x)Y_x非晶试样的摩擦系数和磨损率均低于ZL109铝合金,2种载荷下磨损率最高降幅分别高达98.62%和97.79%,即(Cu_(56)Zr_(44))_(1-x)Y_x非晶合金在乙醇汽油稀释机油下比ZL109铝合金展现出更优异的减摩抗磨性能,这也为生物质燃油新能源汽车活塞材料的研发提供了一定的理论与实验参考。     

钛元素取代对Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8非晶合金腐蚀性能的影响

采用电化学方法结合扫描电子显微镜研究了钛元素取代对Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8(0≤x≤1)块体非晶合金腐蚀性能的影响。试验结果表明,对于基体Cu_(46)Zr_(46)Al_8非晶合金,浸泡处理降低了其抗腐蚀能力,在3. 5%Na Cl溶液中其开路电位和腐蚀电流密度分别由浸泡前的-428 m V和4. 31×10-6A/cm~2变为浸泡后的-439 m V和2. 75×10-5A/cm~2。钛元素取代对Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8块体非晶合金在中性溶液中的腐蚀性能并没有起到明显的改善作用。然而,Cu_(46)Zr_(46)(Al_(1-x)Ti_x)_8块体非晶合金在碱性Na OH溶液中却具有较好的抗腐蚀能力,这与其发生钝化现象有关。     

Nb元素对Zr-Cu基非晶合金力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备了直径为3mm的(Zr_(0.48)Cu_(0.36)Al_(0.08)Ag_(0.08))_(100-x)Nb_x(x=0,1,2,4)非晶试样,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、力学性能试验机对合金的相组成、力学性能进行研究。结果表明,随Nb含量的增加,非晶合金的玻璃形成能力不断降低,试样由完全非晶结构变为非晶基体与晶体相的复合结构。此外,试样的塑性先增加后减小,当x=2时试样塑性达到最大值,最大塑性应变为1.025%,并且出现了一定的加工硬化现象。x=4时最大断裂强度为1.723GPa且加工硬化现象最明显。因此,添加适量Nb元素有利于Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8非晶合金室温塑性的提高。     

Ni元素添加对Zr-Cu基非晶合金结构及力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备了(Zr_(0.48)Cu_(0.36)Ag_(0.08)Al_(0.08))_(100-x)Ni_x(x=0,2,4,6)非晶合金试样,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)、万能力学试验机和场发射扫描电镜(SEM),研究了Ni元素添加对(Zr_(0.48)Cu_(0.36)Ag_(0.08)Al_(0.08))_(100-x)Ni_x(x=0,2,4,6)结构及力学性能的影响。结果表明:随Ni添加量的提高,该合金内部原子排列有序度提高,非晶形成能力下降,相分离增强并析出纳米级晶体相;晶体相的析出提高了合金的塑性应变、屈服强度和断裂强度。     

Ti对(Zr_(0.55)Al_(0.1)Ni_(0.05)Cu_(0.3))_(100-x)Ti_x块体金属玻璃显微组织、力学及腐蚀性能的影响（英文）

采用铜模吸铸法制备(Zr_(0.55)Al_(0.1)Ni_(0.05)Cu_(0.3))_(100-x)Ti_x合金,利用X射线衍射、扫描电镜、压缩实验及腐蚀测试等手段研究Ti对合金显微组织、力学和腐蚀性能的影响。结果表明,当Ti含量高于4%(摩尔分数)时,合金中出现大量晶化相;而当Ti含量为1%~3%Ti时,合金的压缩应力-应变曲线上出现屈服现象。添加适量的Ti元素能提高合金的强度及韧性。在1 mol/L NaOH溶液中浸泡144 h后,(Zr_(0.55)Al_(0.1)Ni_(0.05)Cu_(0.3))_(100-x)Ti_x合金质量无明显变化,表现出良好的耐腐蚀性能;而在1 mol/L HCl溶液中则会发生腐蚀,但适量的Ti元素添加可显著提高合金在盐酸溶液中的耐腐蚀性能。     

Mo含量对Fe_(40)Co_(40)Zr_((10-x))Mo_xB_9Cu_1(x=0,2,4)合金的微观结构,热性能和磁性能的影响

采用单辊快淬法制备Fe_(40)Co_(40)Zr_((10-x))Mo_xB_9Cu_1(x=0,2,4)系非晶合金,并对3种合金进行不同温度热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、差热分析仪(DTA)和振动样品磁强计(VSM)对合金的微观结构、热性能和磁性能进行测试分析。结果表明:Fe_(40)Co_(40)Zr_((10-x))Mo_xB_9Cu_1(x=0,2,4)3种合金第1个晶化峰的激活能随Mo含量的增加而减小,Mo的添加不利于合金的热稳定性。Mo含量的增加抑制了ZrCo_3B_2等化合物的析出,细化了结晶相的晶粒尺寸。Fe_(40)Co_(40)Zr_((10-x))Mo_xB_9Cu_1(x=0,2,4)3种非晶合金的矫顽力Hc均随退火温度的升高而逐渐增大。Mo的添加明显降低了合金的矫顽力。     

Zr基非晶合金在含Cl~-介质中的腐蚀行为

采用真空单辊甩带法制备了(Zr_(56)Al_(16)Co_(28))_(100-x)Y_x(x=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射(XRD)、电化学极化曲线和场发射扫描电镜(SEM)研究了Zr-Al-Co非晶合金在含Cl-介质中的腐蚀行为及添加稀土Y的影响。结果表明,随着Cl-浓度的增加,(Zr_(56)Al_(16)Co_(28))_(100-x)Y_x(x=0,2,4)非晶合金的腐蚀速率加快;且添加适量的Y显著提高了非晶合金的耐腐蚀性。     

退火对ZrCuNiAl非晶合金组织和硬度的影响

通过差示扫描量热法、X射线衍射、扫描电镜和显微硬度分析,研究了退火温度对Zr_(65)Cu_(17.5)Ni_(10)Al_(7.5)非晶合金组织结构和显微硬度的影响。随着升温速率的增加,玻璃转变温度T_g和晶化温度T_x逐渐升高。在623K(低于T_g)退火30min,试样保持非晶结构。在723K(高于T_g,低于T_x)以及823K和923K(高于T_x)退火30 min,发生晶化,结晶相为CuZr_2和NiZr_2。随着退火温度升高,结晶程度逐渐增加并达到饱和,纳米晶逐渐形核并长大,显微硬度先增大后减小。     

Y含量对Zr_(47-x)Cu_(46)Al_7Y_x合金非晶形成能力及力学性能的影响

采用高真空电弧熔炼喷射成形法制备Zr_(47_x)Cu_(46)Al_7Y_x(x=3~8)大块非晶合金。采用X射线衍射分析、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Y含量对合金的非晶形成能力、显微组织、断口形貌及力学性能的影响。结果表明:Y含量对合金系的非晶形成能力和力学性能有显著影响,4 at%~7 at%Y含量试样由完全非晶组织构成,其过冷液相区ΔT_x为56~71 K,约化玻璃转变温度T_(rg)为0.665~0.678,但在3 at%与8 at%Y含量试样非晶基体中出现了极少量结晶组织。大块非晶具有较好力学性能,其抗压强度为1803~1899 MPa,维氏硬度为5.22~5.39 GPa,且具有较强非晶形成能力的试样相应地具有较好的力学性能。大块非晶在压缩中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。     

铁元素添加对Cu基非晶合金结构及力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备了(Cu_(0.46)Zr_(0.44)Al_(0.08)Dy_(0.02))_(100-x)Fe_x(x=0,1,3,5,7)非晶合金,利用X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(DSC)、透射电镜(TEM)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Fe元素添加对Cu基非晶合金结构及力学性能的影响。结果表明:Fe元素的适量添加有利于改善Cu_(46)Zr_(44)Al_8Dy_2块体非晶合金的结构,当添加原子分数为1%和3%Fe时,合金为完全非晶结构,并且出现富Fe相和富Cu相两相分离。Fe元素的适量添加有利于提高Cu_(46)Zr_(44)Al_8Dy_2合金的强度和塑性,当添加3%Fe时,块体非晶合金的抗压强度σ_f和塑性ε_p分别达到1835 MPa和0.5%。     

Cu-Zr-Al-Y块体非晶合金复相材料的力学性能

利用铜模喷铸法和等温退火热处理,制备具有不同晶化程度的(Cu_(47)Zr_(45)Al)8)_(98.5)Y_(1.5)块体非晶基复相材料(BMGCs),研究了其显微组织与力学性能的关系。结果表明,随着退火温度增加,(Cu_(47)Zr_(45)Al)8)_(98.5)Y_(1.5)非晶基复相材料的晶化分数(V_f)上升,相转变进程为:非晶→非晶+Cu_(10)Zr_7→非晶+Cu_(10)Zr_7+AlCu_2Zr+Al_2Zr。晶化过程中结晶相的析出强化作用能明显提高合金的显微硬度,760K退火20min后合金最大硬度(HV)可达691。合金断裂强度随退火温度升高先增加后减小。680K等温退火后合金断裂强度达到最高,为1 950MPa。断口SEM显示随着热处理温度提高,非晶基复相材料断裂模式由韧-脆混合断裂模式向解理脆性断裂模式转变。试验结果表明,可以通过控制退火温度、退火时间等参数对Cu基块体非晶基复相材料的力学性能进行调控。     

不同GFA锆基非晶的内耗行为

利用内耗法研究了5种不同GFA(非晶形成能力)的锆基非晶(分别为Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)、Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)、Zr_(45)Cu_(45)Ag_5Al_5、Zr_(65)Al_(7.5)Ni_(10)Cu1_(7.5)、Zr_(57)Ti_5Al_(10)Cu_(20)Ni_8的力学行为,探索了内耗与GFA之间的关系。内耗温度曲线结果表明,GFA越大,非晶试样所产生的内耗峰值越高,且通过计算过冷液相区的激活能与从内耗的物理意义相联系,提出了一个表征同种体系GFA的新参数—内耗峰峰值。此外根据内耗频率曲线考察了不同GFA的锆基非晶的力学弛豫行为,GFA越大,其在过冷液相区内原子失稳的数量越多,力学弛豫时间越短。     

具有高非晶形成能力的高熵合金Cu_(29)Zr_(32)Ti_(15)Al_5Ni_(19)（英文）

用铜模吸铸法成功地合成了由2个固溶体相构成的高熵合金(HEA)Cu_(29)Zr_(32)Ti_(15)Al_5Ni_(19)和相同成分的非晶态合金(HE-BMG)。实验结果表明该成分的高熵合金具有高的非晶形成能力。铸态高熵合金Cu_(29)Zr_(32)Ti_(15)Al_5Ni_(19)的抗压强度为1127 MPa。该合金表现出良好的抗回火性能,经750°C处理2 h后,该合金硬度保持在8260 MPa。     

变质处理对铸造ZL205合金组织演变及力学性能的影响

研究了Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5非晶合金孕育剂对铸造ZL205合金显微组织、纳米级析出相和力学性能的影响规律,揭示了非晶合金孕育剂对ZL205合金的晶粒细化和力学性能提高的作用机理。结果表明:随着保温时间的延长,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5含量分别为0.1%、0.2%和0.5%的变质ZL205合金的平均晶粒尺寸呈现先减小而后增加的趋势,在保温时间为45 s时取得晶粒尺寸最小值,且0.2%Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金在保温45 s时的细化效果最好;Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理不会使ZL205合金中形成新的物相;0.2%Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理可以使得ZL205合金中纳米级θ'析出相的数量增多、尺寸变小且分布更加均匀;不同含量Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都要高于未变质ZL205合金;0.2%Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率在保温时间为45 s时取得最大值;Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5变质处理ZL205合金的强化机制主要为细晶强化和第二相强化。     

Cu添加对La-Al-Ni合金玻璃形成能力的影响

对La_(62)Al_(14)Ni_(24-x)Cu_x合金的玻璃形成能力和热力学性能进行了研究。结果表明,通过微量Cu元素的添加,La_(62)Al_(14)Ni_(24)的玻璃形成能够得到了显著提高,临界直径由原来的2 mm增加到10 mm。其中,具有高玻璃形成能力La_(62)Al_(14)Ni_(14)Cu_(10)合金的过冷液相区(ΔT_x)为39 K,高于其余的金属玻璃。在热力学框架内讨论不同合金的玻璃形成能力,研究发现,在目前所研究的La-Al-Ni-Cu中,玻璃形成能力越高,过冷液态区ΔT_x,参数γ与约化玻璃转变温度Trg值越大。     

Tm对锆基块体非晶合金力学性能和腐蚀性能的影响（英文）

采用铜模负压吸铸工艺制备了(Zr_(0.6336)Cu_(0.1452)Ni_(0.1012)Al_(0.12))_(100-x)Tm_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_(0.6336)Cu_(0.1452)Ni_(0.1012)Al_(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)Na Cl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。     

Zr_(47)Cu_(44)Al_9大块非晶合金的制备及其力学性能

利用电弧炉制备一系列(Zr_(51.6)Cu_(48.4))_(100-x)Al_x(x=6.0～10.0, 摩尔分数,%)大块非晶合金,利用示差扫描量热仪、X射线衍射仪和金相显微镜研究Al的含量对其非晶形成能力的影响.结果表明:当铝的含量为9.0%时,合金具有最优的非晶形成能力.适量铝的加入不仅能够抑制初生相CuZr的析出,而且还能有效地抑制其长大.临界冷却速率的经验公式计算结果显示该合金的临界冷却速率为10 K/s,室温压缩力学性能显示其断裂强度为1.9 GPa,且有0.5%的塑性变形,式为韧性剪切断裂.     

Zr基非晶合金在拉伸条件下流变特征与本构方程

非晶合金的本构方程是其微小元器件成形的基础,由于压缩实验容易实现,因此目前多数研究是以这种方法建立非晶合金本构方程的,而系统地以拉伸实验确立非晶合金的本构方程还未见报道。文中采用铜模铸造法制备了(Zr_(33.2)Ti_(36.1)Ni_(5.8)Be_(24.9))_(91)Cu_9大块非晶合金,分别在不同温度和应变速率下,在非晶合金的过冷液相区对其进行拉伸实验。通过模型和数据分析,建立了非晶合金在拉伸条件下的Maxwell-Pulse本构方程。分析表明,在应变速率为0.5×10~(-3)s~(-1),温度高于622 K,或在622 K,应变速率低于0.5×10~(-3)s~(-1)时,非晶合金具有牛顿流变特征,反之为非牛顿流变。以样品在拉伸时的缩颈规律为基础,通过引入几何修正因子,考虑了缩颈对应力-应变关系的影响,使得Maxwell-Pulse本构方程可以较好的描述(Zr_(33.2)Ti_(36.1)Ni_(5.8)Be_(24.9))_(91)Cu_9非晶合金在过冷液相区的拉伸变形行为。     

具有最优玻璃形成能力的Zr-Co(Cu)-Al大块金属玻璃及其压缩性能（英文）

采用铜模吸铸法在三元Zr_(56)Co_(28)Al_(16)和四元Zr_(56)Co_(28)-xCuxAl_(16)(x=2,4,5,6,7,摩尔分数,%)非晶合金中形成大块金属玻璃(BMGs)。本研究主要目的是找到四元Zr Co(Cu)Al合金中形成大块金属玻璃的最优成分,并提高母合金的塑性。采用X射线衍射(XRD)技术、透射电镜(TEM)和差示扫描量热法(DSC)研究非晶合金的结构及其玻璃形成能力(GFA)。此外,利用压缩试验、显微硬度、纳米压痕和扫描电镜(SEM)讨论塑性提高的可能机制。含铜合金中玻璃形成能力最强的是Zr_(56)Co_(22)Cu_6Al_(16)合金,与基体合金相似。此外,Zr_(56)Co_(22)Cu_6Al_(16)大块金属玻璃的塑性从基体合金的3.3%显著增加到6%。最后,结合铜和钴的正混合热,讨论合金塑性和GFA的变化。     

Y对Zr基非晶合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出成分为(Zr_(56)Al_(16)CO_(28))100-xYx(x=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射(XRD)、电化学极化曲线和扫描电镜(SEM)研究了该合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在3.5%NaCl溶液中,该合金耐腐蚀性优于不锈钢1Cr_(18)Ni_9Ti和(Cu_(47)Zr_(11)Ti_(34)Ni_(8))_(99)Cr_1,且适量的添加Y显著提高了该合金的耐腐蚀性。