Fe-Co-B-Si-Nb-Cr软磁块体非晶合金的制备及性能

采用微合金化技术,用铜模铸造法制备Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金。借助于XRD、TEM、DSC、DTA和VSM表征该玻璃合金系的玻璃形成能力和软磁性能;借助动电位极化、宏观压缩试验和纳米压痕技术测试该玻璃合金系的腐蚀和力学性能。结果表明:Cr元素的加入,尽管稍微降低了Fe-Co-B-Si-Nb玻璃合金的形成能力,但却明显改善了它的软磁性能、力学性能和腐蚀性能;用铜模铸造法,可获得最大直径为4mm的玻璃棒;这些块体非晶表现出高饱和磁感应强度(0.81～1.04T)、极低的矫顽力(0.6～1.6A/m)、200～215GPa的杨氏模量、约2%的弹性应变和0.7%的塑性应变,还拥有超高的断裂强度(3840～4043MPa);用深度敏感纳米压痕技术研究了{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96-Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的室温塑性变形;该合金的纳米压痕变形行为与加载速率有关:在0.75～3mN/s加载速率下,发现了显著的锯齿流变;当增大到6mN/s时,锯齿流变逐渐消失。另外,当Cr含量(原子分数%,下同)从x=0增加到x=4时,该块体非晶合金在0.5mol/LNaCl...     

镁基大块非晶合金在过冷液相区流变行为本构关系

研究了Mg60Cu30Y10大块非晶合金在过冷液相区的流变行为.结果表明:随着温度升高和应变速率增加,平衡态的牛顿流转变为非平衡态的非牛顿流;其流变行为对于温度和应变速率非常敏感.由粘度与应变速率的关系,根据Arrhenius型VFT方程,确定了流动应力、应变速率和温度的关系.Mg60Cu30Y10大块非晶合金在过冷液相区的流变性能依赖于温度与变形速率,其微观机制可由自由体积模型解释,为大块非晶合金流变成形工艺的实现提供理论依据:温度高于玻璃转变温度以后,自由体积的增加使非晶合金变形过程中能够移动的原子数目随之增加,自由体积周围的原子沿外力的作用方向移动,即宏观上的塑性流变行为.应变速率增加,由热激活引起的自由体积增加不能满足更多原子流变所需的空间体积,导致牛顿流向非牛顿流转变.     

不同应变率下热压缩双辊轧制Mg-5.51Zn-0.49Zr合金动态再结晶的位错机制（英文）

通过X射线衍射仪、光学显微镜和透射电镜研究Mg-5.51Zn-0.49Zr镁合金在热压缩实验中动态再结晶的位错机制。结果表明,当应变速率为1×10~(-3) s~(-1)时,由于位错攀移沿单一方向滑动,合金出现连续动态再结晶;当热压缩温度达到350°C、应变速率为1×10~(-2) s~(-1)时,由于位错发生滑移和攀移,合金出现连续动态再结晶;当热压缩温度达到400°C时,由于亚晶界弓出,合金出现不连续动态再结晶;当应变速率为1×100 s~(-1)时,合金出现连续动态再结晶是由于先导位错在堆积前发生攀移,导致位错在堆积过程中重新排列,形成位错差。一般来说,当应变速率增加时,位错攀移的主要影响机制由空位迁移转变为堆积前先导位错的压应力作用。     

Ti-Cu基非晶合金玻璃形成能力与力学性能

基于"二元共晶混合"法设计Ti-Cu-Ni-Zr合金成分,通过水冷铜模铸造法制备出不同直径Ti-Cu-Ni-Zr合金棒。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能材料试验机和扫描电镜(SEM)研究了Ti-Cu-Ni-Zr合金玻璃形成能力和力学性能。结果表明,Ti-Cu-Ni-Zr合金具有较高玻璃形成能力,其临界直径可达4 mm;Ti-Cu-Ni-Zr合金玻璃形成能力近似相等,而表征玻璃形成能力的热力学参数过冷液相区ΔTx,参数γ,约化玻璃转变温度Trg也近似相等。Ti_(32.3)Cu_(47.6)Ni_(7.9)Zr_(12.2)和Ti_(31.6)Cu_(48.2)Ni_(7.7)Zr_(12.5)大块非晶合金分别具有0.7%和0.2%的塑性,而Ti_(30)Cu_(49.5)Ni_(7.2)Zr_(13.3)和Ti_(28.55)Cu_(50.7)Ni_(6.75)Zr_(14)大块非晶合金断裂机制近似为脆性断裂。Ti-Cu-Ni-Zr大块非晶合金塑性越大,其剪切带数量越多且扩展深度越大,反之亦然。另外,对于塑性材料,锯齿流变振幅越大,对应样品表面剪切带扩展深度越明显;锯齿流变振幅越小,对应样品表面剪切带扩展深度越浅;近似脆性材料的锯齿流变对应次剪切带萌生,而对于完全脆性大块非晶合金,在应力-应变曲线上并未发现锯齿流变现象,相应的在样品外表面也并未发现次剪切带。     

高溶质含量Cu-Ni-Si合金热压缩变形行为研究

电连接器用铜合金为目前5G通讯、新能源汽车等领域的重要材料,Cu-Ni-Si系合金因其优异的力学电学性能、良好的抗应力松弛性能成为该研究背景下广泛应用的材料。目前尚缺乏热变形制度对该合金显微组织影响机理的研究。本文研究了变形温度在600～950℃、应变速率在0.01～10.00 s^-1条件下的高溶质含量Cu-Ni-Si合金铸锭的热变形行为,发现在高应变速率下,硬化和软化在变形过程中交替占据主导地位,流变应力呈“波浪形”变化。建立了合金的热变形本构方程和热加工图,获得了高溶质含量Cu-Ni-Si合金的热变形温度为900～950℃,探究了不同变形条件下合金热变形过程的软化机制。结果表明,在950℃低应变速率时,合金的再结晶主要以晶界弓出形核的不连续动态再结晶为主,而在应变速率较高时,主要发生位错转动合并形成新的大角晶界的连续动态再结晶。     

Fe73-xNb4Hf3YxB20块体非晶合金的制备及其性能

采用微合金化技术,用铜模铸造法制备Fe-Hf-Nb-B-Y块体非晶合金.采用X射线衍射仪、差示量热扫描仪、扫描电镜、振动样品磁场仪和Instron万能材料试验机研究Fe-Hf-Nb-B-Y合金系的玻璃形成能力、软磁性能和力学性能.结果表明:Y部分替代Fe能明显改善Fe73-xNb4Hf3YxB20合金系的玻璃形成能力:x=0,1,2和3时对应合金的最大玻璃形成直径分别为2,3,4和3.5 mm;Fe-Hf-Nb-B-Y块体非晶合金的饱和磁感应强度、矫顽力、弹性模量、弹性应变和压缩断裂强度分别为1.10～1.25 T、3～6 A/m、184～206 GPa、1.6%～2.0%和3 227～3 484MPa.结合实验数据,初步讨论微合金化对Fe-Hf-Nb-B-Y合金系的玻璃形成能力、软磁性能和力学性能的影响.     

ZrCuNiAl块体非晶合金的玻璃形成能力与动力学行为

利用铜模铸造法制备了Zr53Cu187Ni12Al16.3、Zr519Cu23.3Ni105Al14.3和Zr50.7Cu28Ni9Al12.3块体非晶合金,3种合金形成非晶的最大临界尺寸分别为6 mm、10 mm和14 mm.采用三点压弯式黏度仪、差热分析仪(DTA)研究了上述非晶合金过冷液体的黏度、脆性系数及临界冷却速度对玻璃形成能力的影响.结果表明:在3种合金中,Zr50.7Cu28Ni5Al12.3不仅具有最高的过冷液体黏度,而且具有最低的动力学脆性系数m (51.2)和临界冷却速率Rc(9.8 K/s),这导致该合金具有极强的玻璃形成能力.     

纳米压入下镁基非晶合金的间歇性塑性流动

镁基非晶合金通常表现出显著的宏观脆性,因此用常规拉伸、压缩等方法对该合金的变形行为进行研究具有很大困难。本研究利用具有高时间分辨率和高空间分辨率的纳米压痕技术观察了不同加载速率下镁基非晶合金的锯齿流变行为。结果表明,低加载速率促进锯齿的形成,而高加载速率则抑制锯齿的形成。其原因是在低加载速率下,单一剪切带足以耗散外加应变;而在高加载速率条件下,由于单一剪切带不能将应变耗散掉,因此需要更多的剪切带参与变形。为了进一步解释这一锯齿流变行为,本研究采用遍历处理对每个锯齿的应变突变进行了统计分析。结果表明,在不同的加载速率下,小的应变突变服从幂律分布,且幂指数为1．45;而大的应变突变则呈现指数衰减规律。最后,借助硬度对应变速率的敏感性,估算了镁基非晶合金在纳米压人条件下剪切转变区的体积,为4．5nm^3。     

Zr_(57)Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10)Nb_5非晶合金的高温压缩性能研究

通过高温压缩试验,研究了Zr_(57)Cu_(15. 4)Ni_(12. 6)Al_(10)Nb_5非晶合金在温度为411～461℃,应变速率为0. 0005～0. 1 s-1条件下温度和应变速率对流变应力的影响,并分析了应变速率敏感系数随温度和应变速率的变化趋势。运用示差扫描量热法(DSC)确定合金在各温度下的可加工时间,根据试验数据绘制出真实应力-应变曲线,计算得到应变速率敏感性指数,并利用X射线衍射(XRD)分析了热压后样品的组织。结果表明:合金在热压过程中的流变应力与温度负相关,与应变速率正相关,且符合"自由体积"理论。经过热压后的样品组织基本保持了非晶态。当温度为446～456℃、应变速率为0. 001～0. 01 s-1时,应变速率敏感性指数约等于1,可作为Zr57Cu15. 4Ni12. 6Al10Nb5非晶合金在过冷液相区的最佳成形条件。     

Cu-Zr-Al-Nb块体金属玻璃的非晶形成能力和力学性能（英文）

采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备不同直径的Cu46Zr44Al5Nb5非晶合金,并研究其非晶形成能力和力学性能。XRD分析、DSC曲线和透射电镜的选区电子衍射花样结果表明,直径分别为3,4,6 mm的合金棒均为全非晶结构,该合金成分具有良好的玻璃形成能力和热稳定性,其过冷液相区宽度和约化玻璃转变温度分别为52 K和0.60。由TTT曲线计算得出合金的玻璃形成临界冷却速率为3.985 K/s。不同尺寸合金棒凝固过程中的冷却速率不同,导致制得不同直径合金棒的X衍射峰强度、晶化焓和断裂强度呈现显著差异。     

Cu-Zr-Al-Nb块体金属玻璃的非晶形成能力和力学性能（英文）EI北大核心CSCD

采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备不同直径的Cu46Zr44Al5Nb5非晶合金,并研究其非晶形成能力和力学性能。XRD分析、DSC曲线和透射电镜的选区电子衍射花样结果表明,直径分别为3,4,6 mm的合金棒均为全非晶结构,该合金成分具有良好的玻璃形成能力和热稳定性,其过冷液相区宽度和约化玻璃转变温度分别为52 K和0.60。由TTT曲线计算得出合金的玻璃形成临界冷却速率为3.985 K/s。不同尺寸合金棒凝固过程中的冷却速率不同,导致制得不同直径合金棒的X衍射峰强度、晶化焓和断裂强度呈现显著差异。     

Zr60Al10Cu30合金的玻璃形成能力和力学性能

利用铜模吸铸法制备了直径分别为3、4和6 mm的阶梯型Zr60Al10Cu30棒状试样,采用X射线衍射、扫描电镜和万能试验机等研究了所制备合金的玻璃形成能力(GFA)和力学性能。结果表明,Zr60Al10Cu30合金的非晶临界尺寸接近6 mm,具有较强的玻璃形成能力。其中全非晶结构的Ф4 mm合金块体金属玻璃的抗压强度、塑性应变分别为1 595 MPa和1.95%,断口呈现非晶典型的脉状纹络和脆性平滑区。在Ф6 mm处的原位生成晶体/非晶基复合材料中,新析出DO3结构的AlCu2Zr晶体相和Cu10Zr7共晶正交晶体相,增加了合金的脆性,最终断裂行为取决于塑性相和脆性相之间的竞争,致使其抗压强度和塑性应变分别为1 345 MPa和0.5%。     

稀土Y对Co43Fe20Ta5.5B31.5合金的非晶形成能力及性能的影响

采用单辊甩带和铜模吹铸法,制备了(Co43Fe20Ta5.5B31.5)100-xYx(x=0.5,1,1.5,2,2.5,3)合金薄带及ф2mm的圆棒.X射线衍射及差热扫描量热分析表明:当x=3时合金具有最大的玻璃形成能力,可以很容易地制备出ф2 mm的非晶圆棒.该成分合金的约化玻璃转变温度Trg=0.657,参数γ=0.436,在所研究的系列成分中是最大的,这说明Trg和γ能够很好地表征Co-Fe-Ta-B合金的玻璃形成能力.压缩试验和磁滞回线测试表明,Y的添加导致Co-Fe-Ta-B非晶合金的压缩断裂强度和软磁性能急剧下降.ф2 mm的(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3非晶圆棒的压缩断裂强度为1852 Mpa,断裂应变为0.18%.与Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金相比,(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3非晶合金的磁滞回线上存在约327×79.6 A/m的矫顽力,同时饱和磁感应强度也显著下降.     

Fe75-xMxHf3Y2820（M=Co，Nb；x=0,4）块体非晶合金的制备及其热、软磁性能

采用单辊法和铜模铸造法制备了Fe75-xMxHf3Y2820（M=Co,Nb;x=0.4at％）合金系的非晶薄带和非晶棒样品,并测试了该非晶合金系的差示扫描量热曲线、X射线衍射图谱和软磁性能。结果表明：少量的Nb或Co替代Fe75Hf3Y2B20中的Fe元素,合金的热稳定性和玻璃形成能力可得到明显的提高：其中Fe71Nb4Hf3Y2B20的过冷液相区宽度△咒高达75K,约化玻璃转变温度Trg为0．58,直径达4mm,饱和磁感应强度为0．97-1．08T,该非晶合金同时具有较大的热稳定性、较强的玻璃形成能力和较好的软磁性能。     

Fe75-xMxHf3Y2B20(M=Co, Nb; x=0, 4)块体非晶合金的制备及其热、软磁性能

采用单辊法和铜模铸造法制备了Fe75-xMxHf3Y2B20(M=Co,Nb;x=0,4 at%)合金系的非晶薄带和非晶棒样品,并测试了该非晶合金系的差示扫描量热曲线、X射线衍射图谱和软磁性能.结果表明:少量的Nb或Co替代Fe75Hf3Y2B20中的Fe元素,合金的热稳定性和玻璃形成能力可得到明显的提高;其中Fe71Nb4Hf3Y2820的过冷液相区宽度△Tx高达75 K,约化玻璃转变温度Trg为0.58,直径达4 mm,饱和磁感应强度为0.97～1.08 T,该非晶合金同时具有较大的热稳定性、较强的玻璃形成能力和较好的软磁性能.     

大块非晶合金的开发

大块非晶合金的开发下表列出了至今已开发的具有较高玻璃形成能力的大块非晶合金系的典型成分、临界冷却速度、最大厚度和发现年代。从这些合金成分的特征来分析，可以得出以下３项重要的经验法则：（１）为获得大块非晶合金合金系最大厚度ｔｍａｘ（ｍｍ）临界冷却速度Ｒ...     

Ti-Cu二元合金热稳定性对非晶形成能力的影响

采用单辊熔体快淬法制备了厚约40μm,宽2mm的二元TixCu100-x(x=50,57)合金条带。用X射线衍射检测了合金的非晶形成能力,通过差示扫描量热仪(DSC)分析了Ti50Cu50和Ti57Cu43两种非晶合金的热稳定性,利用扫描电镜观察了合金的铸锭组织形貌。结果表明,两种非晶合金均未表现出明显的玻璃转变温度点Tg,晶化温度Tx差别不大,熔化开始温度Tm相差高达35K。通过研究两合金的铸锭母合金显微组织,发现Ti57Cu43合金在非平衡凝固过程中有Ti2Cu相析出,造成形成非晶合金所需的临界冷却速率提高。与Ti50Cu50合金相比,Ti57Cu43合金降低了Ti-Cu二元合金的非晶形成能力。讨论了铸锭显微组织竞争相与热稳定性之间的关系。     

Al-Co-Y体系中富Al区非晶相的形成与结构演化

系统研究了铝基非晶态合金Al-Co-Y体系中富Al区的非晶形成能力.形成非晶结构最佳成分为AlssCosY7,条带临界厚度为230μm.此体系的玻璃形成能力对合金成分十分敏感.具有高的玻璃形成能力的合金未呈现出明显的玻璃转变特征.相对Trg和△Tx判据,"相选择"理论在寻找最佳合金成分和表征玻璃形成能力与成分的关系中更为有效.在非晶相的形成过程中,其主要竞争相为fcc-Al,Al3Y和Al9 Co2相.     

挤压态Al-1.1Mn-0.3Mg-0.25RE合金热变形本构特性、显微组织演变及加工图(英文)

在Gleeble-1500热模拟机上对Al-1.1Mn-0.3Mg-0.25RE合金在变形温度300~500°C和应变速率0.01~10s-1条件下进行高温热压缩实验,并采用光学金相显微镜及透射电镜对该合金热变形过程的显微组织演变规律进行观察。结果表明:Al-1.1Mn-0.3Mg-0.25RE合金的峰值应力随着变形温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大,并可用包含Zener-Hollomon参数的双曲正弦关系来描述合金的热流变行为,其变形激活能为186.48 kJ/mol;热变形过程稳流过程是动态回复引起的,而流变软化与动态再结晶及成分相的转变有关;合金中主要成分相是富稀土相,这些相的形成对Fe和Si等杂质元素具有净化作用,并增加该合金在高温条件下的热加工性。结合加工图和显微组织可以确定在该实验范围内,合金热变形的最佳工艺参数为:热加工温度440~450°C,应变速率0.01 s-1。     

Y对Cu基非晶合金形成能力和腐蚀行为的影响

采用铜模吸铸法制备出成分为(Cu50Zr45Al5)100-xYx(x=0,1,2,3,4,5)的合金试样。利用X射线衍射,金相显微镜,差热分析和电化学极化曲线的方法研究了Y对Cu-Zr-Al系非晶合金的结构、玻璃形成能力和腐蚀行为的影响。结果表明,适量Y的添加提高了非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性,当Y含量为2%时合金的过冷液相区宽度为ΔTx=Tx-Tg=64K,约化玻璃转变温度Trg=Tg/T1=0.601,玻璃形成能力γ=Tx/(Tg+T1)=0.409(Tg,Tx,T1分别为非晶合金的玻璃转变温度,晶化开始温度和熔化温度)。非晶合金在3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性随Y含量的增加而降低。