机械合金化制备Zr50Cu40Ai10非晶合金粉末及其晶化研究

以金属Zr、Cu和Al为原料,通过真空熔炼和气体雾化制备Zr-Cu-Al合金粉末,再经高能球磨得到Zr50Cu40Al10非晶合金粉末。采用氮/氧分析仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和热分析仪(DSC)对其非晶形成能力及晶化行为进行研究。结果表明,球磨120h后可获得Zr50Cu40Al10非晶合金粉末,且随球磨时间增加,粉末的颗粒尺寸逐渐减小,90h后达到亚微米级。球磨过程中由于铁的增加,使合金的结构"混乱度"增加、负混合热增大,因而热稳定性增强,其过冷区间ΔTx为62K,约为雾化法制备的非晶合金粉末的2倍。此外,采用非等温晶化方法,用KISSINGER方程计算出机械合金化Zr50Cu40Al10非晶合金的玻璃转变和初始晶化的表观激活能分别为152.6kJ/mol和172.4kJ/mol,远小于相应的气体雾化法制备的Zr50Cu40Al10非晶合金粉末表观激活能,其原因是粉末中氧含量和体系自由能较高。     

机械合金化制备Zr_(50)Al_(15)Ni_(10)Cu_(25)非晶合金粉末的非晶化机制

用Zr,Al,Ni和Cu的元素粉末,采用机械合金化的方法在转速为400 r/min、球料质量比20:1的条件下制备具有非晶结构的Zr50Al15 Ni10Cu25粉末,研究其非晶化机制。用X射线衍和扫描电镜分析粉末的结构、晶粒尺寸和形貌。结果表明:在球磨8 h后可使Zr50Al15 Ni10Cu25混合粉末非晶化,晶粒尺寸约80 nm;球磨过程中并没有出现任何过饱和固溶体或者中间合金相,非晶化过程是由于球磨过程中球磨罐和磨球对粉末的不断冲击、剪切、摩擦和挤压,使混合粉末中的晶粒极度细化而直接转变为非晶态颗粒,得到非晶粉末。     

Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金的相变动力学

用差式扫描热分析和X射线衍射方法，研究了Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金的相变动力学。结果表明：在温度低于500℃的范围内，Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金中的晶化相可大体分为α相和β相（主要为Ti2Ni和Zr2Cu等）。在晶化初期α相的激活能较小，为159kJ/mol,它随着晶化分数X的增加而提高，在X为90％时达到最大值220kJ/mol；β相的晶化激活能在X为5％－60％的范围内变化不大，然后随晶化分数X的增加而提高，X为65％时达到最大值257．35kJ/mol。     

Al_(86)Ni_5Y_7Er_2非晶合金的晶化动力学研究

采用单辊旋淬法制备了Al86Ni5Y7Er2非晶合金,通过差示扫描量热(DSC)技术研究非晶合金晶化动力学性能,计算得到合金平均晶化激活能,得到平均晶化起始激活能Ex是146.4kJ·mol-1、第一晶化峰值平均激活能Ep1是183.8kJ·mol-1、第二晶化峰值平均激活能Ep2是247.7kJ·mol-1、第三晶化峰值平均激活能激活能Ep3是228.2kJ·mol-1。结果表明Al86Ni5Y7Er2非晶合金具有较好的热稳定性。     

Y基非晶合金的形成及晶化动力学

利用单辊急冷法制备Y56-xZrxA124Co20(x=0,5,10)非晶合金,研究Zr含量对该非晶合金的形成能力及热稳定性的影响.研究结果表明,添加元素Zr可以提高Y56A124Co20合金的非晶形成能力和热稳定性,而且随着Zr含量增加,合金的非晶形成能力提高.通过示差扫描量热法(DSC)研究了Y56A124Co20和Y46Zr10A124Co20的晶化动力学,前者的玻璃转变激活能和晶化激活能分别为366.5 KJ/mol和259.7 KJ/mol,后者的玻璃转变激活能和晶化激活能分别为415.6 KJ/mol和319.5KJ/mol,从理论上说明添加元素Zr可以改善Y56A124Co20合金的非晶形成能力和热稳定性.     

锆基大块非晶合金的非等温晶化动力学效应

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了锆基非晶合金Zr60Al15Ni25、Zr65Al10Ni10Cu15的晶化动力学.结果显示,随着升温速率的加快,这两种非晶合金的特征温度Tg、Tx、Tp均向高温区移动,且过冷液相区逐渐加宽,表明非晶合金的玻璃化转变和晶化均具有动力学效应.分别采用Kissinger法和Ozawa法计算各非晶合金的激活能,两种方法的计算结果相近.从激活能数据得出,两种锆基非晶合金的热稳定性均较强;与非晶合金Zr60Al15Ni25相比,Zr65Al10Ni10Cu15虽较难形成玻璃化转变和开始晶化,但其晶化一旦开始则随后的过程反而更容易进行.     

Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金的晶化行为研究

通过磁悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备了Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金,并研究其变温晶化行为和等温晶化行为,运用Kissinger法和FWO法分别计算出各特征激活能和阶段激活能,考察了不同加热速度下晶化体积分数和晶化温度、晶化激活能的关系,并绘制了TTT曲线并计算非晶形成的临界冷却速率。结果表明,运用Kissinger法得到玻璃转变激活能E g为231.96 kJ·mol-1、晶化初始激活能E x为351.39kJ·mol-1、晶化峰的激活能E p为401.36 kJ·mol-1,Cu46Zr44Al5Nb5BMG具有良好的热稳定性,由TTT曲线计算非晶形成的临界冷却速率约为3.985 K·s-1。晶化类型主要为扩散控制的共晶型转变,随着晶化量的增大,阶段激活能呈减小的趋势。初始晶化阶段的晶化温度较高,主要是形核和微小晶粒的长大,需要克服较大的能量势垒,而随着温度的降低,晶粒的不断形成,晶化过程演变为主要以形核为主,所需要克服的能量势垒相应减小。在T x+100℃等温晶化退火,析出Cu10Zr7和AlCu2Zr共晶相,随着保温时间的延长,析出相的尺寸和体积分数逐渐增加。     

机械合金化制备Co80Zr20非晶合金粉末

采用行星式高能球磨机，通过室温下球磨纯元素混合粉末制备出原子数分数比为Co80Zr20的非晶合金粉末。应用X射线衍射（XRD）、差示扫描量热分析仪（DSC）、扫描电镜及透射电镜对不同球磨时间的混合粉末进行了研究。结果发现，球磨时间对混合粉末的结构及颗粒形貌存在显著影响。原始混合粉末由密排六方的β-Co和α—Zr组成，经过0．5h球磨，β—Co转变为同素异构的面心立方的α—Co，随着球磨时间的增加，Co、Zr颗粒都发生严重塑性变形，并且通过冷焊团聚起来，形成具有层状结构的复合颗粒。球磨导致基体元素Co品格中的晶体缺陷密度大大增加，使得合金元素Zr原子向Co品格中扩散迁移，扩散迁移到Co晶格中的Zr原子数量随球磨时间的增加而增加，导致Co元素的品格常数单调增大。当球磨时间达到8h时，形成Co80Zr20固溶体，继续球磨至10～20h，固溶体转变为非晶。球磨20h得到的非晶粉末的玻璃化转变温度为759K，它可以在840K通过单一放热过程或者继续球磨至40h而发生晶化反应，这两种不同晶化工艺所得到的晶化产物完全相同，均为面心立方的Co23Zr6。     

水雾化制备Fe-Si-B-C非晶软磁粉末及其晶化过程的研究

采用水雾化方法制备了Fe-Si-B-C四元非晶合金粉末。研究了粉末的粒度分布、相结构、微观形貌、热稳定性以及基本软磁性能,并通过Kissinger峰移法计算了其晶化时所需的激活能。结果表明,通过水雾化方法制备的Fe-Si-B-C四元软磁粉末的粒度分布合理;粒径小于38μm的粉末为完全非晶结构,且粉末表面光滑,内部成分均匀;非晶粉末的初始结晶温度为542.15℃,且升温过程中存在2个晶化放热峰;2个晶化反应对应的晶化激活能分别为463.92 k J/mol和910.21 k J/mol;粉末的饱和磁感应强度和矫顽力分别为1.08 T和111.4 A/m。     

铜模吸铸与高能球磨制备Zr46Cu46Al8非晶合金的组织结构及晶化动力学研究

采用铜模吸铸法制备出直径3 mm的Zr₄₆Cu₄₆Al₈块体非晶合金, 利用高能球磨法获得了不同粒径的合金粉体, 通过X射线衍射仪、示差扫描量热仪、扫描电镜等测试手段及热力学计算方法, 研究了制备方法对非晶合金组织结构及晶化动力学的影响。结果表明, 块体合金和粉体合金均可获得完全非晶结构; 块体非晶合金玻璃转变和晶化过程具有明显的动力学效应; 单因素变量法制备非晶粉体的最佳参数为: 转速300 r·min-1, 球料比30:1, 球磨时间15 h; 相同条件下, 除过冷液相区外, 块体非晶合金热力学参数普遍高于非晶粉体, 且晶化放热更剧烈; 随着加热速率增大, 二者热力学参数均向高温区移动, 过冷液相区的宽度也逐渐增加; 块体非晶合金和非晶粉体的特征温度表观激活能数值相近, 块体非晶态合金的表观激活能较非晶粉体高, 热稳定性更优。     

Zr55Al10Ni5CU30大块非晶合金的研究进展

概述了Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的制备方法及各种方法的特点，并在此基础上介绍了Zr55Al10Ni5Cu30的组织与性能及其晶化过程。     

微量元素Y、Ag对Cu基非晶合金玻璃形成能力的影响

采用单辊旋淬法制备了Cu50Zr42Al8,Cu46 Zr47-xAl7Yx(x=2,5),Cu43Zr42AlsAg7和Cu43Zr42Al8Ag5 Y2非晶合金薄带,利用X射线衍射和差示扫描量热分析研究了合金样品的玻璃形成能力和热稳定性.结果表明,在Cu50Zr42Al8中添加适量的Ag、Y后使得非晶合金的短程有序结构发生改变.合金Cu46Zr47-xAl7Yx(x=2,5)的过冷液相区宽度ΔTx分别比Cu50 Zr42 Al8增加了19K、30K,约化玻璃转变温度Trg从0.565分别增加到0.579和0.566,参数γ从0.402分别增加到0.418和0.420,说明Y的添加提高了非晶合金的热稳定性和玻璃形成能力.合金Cu43Zr42 Al8Ag7和Cu43Zr42Al8Ag5Y2与Cu50Zr42Al8相比,约化玻璃转变温度Trg及参数γ均有了明显的提高,达到了0.619、0.416和0.609、0.411,表明Ag的添加、Ag和Y的同时添加均提高了Cu - Zr -Al系非晶合金的玻璃形成能力,但Ag的效果更加显著.     

(Ni0.75Fe0.25)70Zr8Si10B12非晶合金非等温晶化行为研究

采用旋铸急冷工艺在真空条件下制备出(Ni0.75Fe0.25)70Zr8Si10B12合金条带.经X射线衍射(XRD)分析表明样品为完全非晶.用Diamond TG/DTA差热分析仪在高纯氩气保护下测量了非晶薄带的热稳定性参数玻璃转变温度Tg、晶化起始温度Txi、晶化峰值温度Tpi.选用不同的升温速率,即10,20,30,40 K·min-1研究其晶化行为.结果表明,随升温速度的增大,特征温度Tg,Txi,Tpi均向高温区移动,其玻璃转变与晶化行为都与加热速率有关,均具有动力学效应.应用Kissinger法与Ozawa法研究了(Ni0.75Fe0.25)70Zr8Si10B12非晶合金的非等温晶化动力学行为.计算了不同特征温度下的激活能E、频率因子,用Kissinger法和Ozawa法计算的激活能结果是一致的.     

机械合金化制备(Fe_(0.6)Co_(0.1)Ni_(0.3))_(70)Zr_6B_(11)Si_(13)非晶粉末的研究

采用机械合金化制备成分配比为(Fe0.6Co0.1Ni0.3)70Zr6B11Si13的非晶粉末。利用XRD、SEM、差示扫描量热仪(DSC)研究了球磨时间对粉末相组织、粉末形貌及热行为的影响。实验结果表明,在球磨初期,粉末颗粒较大并形成了α-Fe固溶体。随着球磨时间的增加,粉末颗粒逐渐变小,更多的元素融入α-Fe固溶体中,导致固溶体的自由能增加,最终形成了非晶粉末。球磨80 h后非晶相含量最高,粉末呈近球状。     

机械合金化法制备Cu-Ti-Zr基非晶合金

采用机械合金化法成功制备Cu₄₀Ti_60-xZr_x(x=0,10,30,50)非晶合金.研究Cu-Ti-Zr合金粉末由晶态向非晶态转变过程中的组织结构变化,探讨非晶合金的形成机制,以及非晶合金的热稳定性和晶化产物.结果表明,非晶合金直接从初始元素得到,在反应过程中没有金属间化合物出现,非晶化过程可以由间隙扩散模型来解释.Cu₄₀Ti_xZr_y非晶粉末的DSC分析表明,随着Ti含量的降低和Zr含量的升高,非晶粉末的晶化温度T_x逐渐升高,对非晶粉末在相应的T_x温度附近退火15min后发现,Cu₄₀Ti₃₀Zr₃₀合金没有析出相,Cu₄₀Ti₁₀Zr₅₀析出了Zr₂Cu,Cu₄Ti和少量的一些未知相.     

紧耦合气雾化制备Al基非晶合金粉末

开展了采用紧耦合气雾化方法制备Al基合金粉末的实验和理论研究.利用X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜和透射电镜分析了粉末的表面形貌、显微组织和结构特征,根据气雾化过程中熔滴的破碎模式和冷却行为确定了Al基合金的非晶化临界冷却速率及相应粉末粒径.结果表明:气雾化粉末中存在部分非晶粉末,非晶粉末的粒径小于26μm;Al基合金的非晶化临界冷却速率大致为10⁶K·s^-1;雾化中熔体的破碎和冷却是两个相互耦合(矛盾)的过程,快速冷却(大于10⁴K·s^-1)极大地阻碍熔体的充分雾化,同时熔滴的破碎模式对其冷却行为具有显著的影响.目前紧耦合气雾化技术还只能制得非晶/晶态混合的Al基合金粉末.     

喷射成形制备La62Al15.7(Cu,Ni)22.3块体非晶合金

采用喷射沉积成形方法制备了La₆₂Al_15.7(Cu,Ni)_22.3块体非晶合金.结果表明,沉积态La₆₂Al_15.7(Cu,Ni)_22.3非晶合金比以往报道的采用甩带法制备的同成分非晶合金具有更大的约化玻璃转变温度和更宽的过冷液相区.非晶的晶化实验表明,晶化初期多种晶相同时结晶析出.483K退火时,在非晶基体中析出Al和AlNi.503K退火时进一步析出La和未知相.La₆₂Al_15.7(Cu,Ni)_22.3非晶合金在573K退火没有新相产生,合金晶化态组织由Al、AlNi、La和未知相组成.     

机械合金化纳米晶Cu-5% Cr粉末的热静液挤压研究

采用机械合金化制备了纳米晶Cu-5%(质量分数,下同)Cr粉末,然后对其进行了热压制坯和热静液挤压致密化研究。结果表明,经10h高能球磨,Cu-5%Cr粉末中Cu的晶粒尺寸细化到约50nm,成为纳米晶粉末。采用热压制坯和热静液挤压工艺可以使纳米晶Cu-5%Cr粉末接近完全致密化。球磨10h的Cu-5%Cr合金粉末经400℃热压制坯和600℃、挤压比为4的热静液挤压后相对密度达到99.3%。热静液挤压致密化后的Cu-5%Cr合金的晶粒有所长大,Cu基体的平均晶粒尺寸达到了500nm左右,变成了亚微米晶材料。该亚微米晶Cu-5%Cr合金具有较好的性能。     

低纯材料制备Cu-Zr基非晶合金

Cu-Zr基非晶合金的玻璃形成能力与原材料中的氧和其他非金属杂质非常敏感。采用低纯材料通过铜模吸铸法制备Cu45Zr47Al8非晶合金,研究杂质对Cu-Zr基非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响。用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和能谱仪(EDS)分析合金组织结构及差示扫描量热法(DSC)分析合金的热稳定性。实验结果表明:低纯材料制备出临界直径7 mm以上的非晶合金。由于低纯材料中的一些微量杂质元素被认为合金化元素,适量的杂质元素没有导致合金的玻璃形成能力降低;而过量的氧和其他杂质元素导致非均匀形核并随之发生结晶,合金的玻璃形成能力明显地降低。低纯材料制备的合金的ΔTx和晶化激活能均高于高纯原料制备的;并基于Kissinger方法所构建的开始晶化曲线表明低纯材料制备的合金的晶化孕育期更长,说明低纯材料制备的合金具有更强的热稳定性。低纯材料成功制备出大块Cu-Zr基非晶合金,为促进非晶合金的商业应用有重要意义。     

激光功率对SLM制备非晶合金成形及晶化的影响

非晶合金以其独特的原子排列和优异的性能引起人们的广泛关注,但由于尺寸、晶化等问题严重限制了实际工程中的应用,激光增材制造技术具有高升温-冷却速率和逐点熔融沉积的特点,为制备非晶合金提供了新思路.本文采用选择性激光熔融成型技术制备Zr50Ti5Cu27Ni10Al8非晶合金.对制备出的样品的成分和组织结构进行了表征.结果...