新型Zr—Nb基大块非晶合金的形成及性能

本文用耒淬法制备Ｚｒ－Ｎｂ基大块非晶合金;并采用ＤＳＣ热分析法测定了该种合金的玻璃转变温度和热稳定性。采用超声检测方法精确测定了材料的声学性能,由此计算得到一组大块非晶合金的弹性性能参数。     

大块非晶合金数据库的开发

近年来，国际上关于大块非晶合金的研究取得了巨大的进展，积累了大量的研究数据及资料。大块非晶材料的研制及应用的关键在于寻求具有极大玻璃形成能力的大块非晶合金系统，以便可采用常规技术模铸成型。以计算材料科学和数据库为基础，开展计算机辅助合金成分设计将逐渐取代传统合金系统“试差”的研究方法。大块非晶合金数据库使大量繁杂凌乱的数据呈现系统化，规律化，涵盖大量有关大块非晶合金领域的研究数据资料及文献全文，具     

Cu基块体非晶合金的研究进展

综述了国内外最近几年来Cu基大块非晶合金的研究现状,介绍了Cu基大块非晶合金在玻璃形成能力、机械性能、耐腐蚀性能、非晶-纳米晶合金方面的研究成果,最后探讨了Cu基大块非晶合金未来的研究重点.     

粉末冶金制备大块非晶合金研究进展

粉末冶金作为制备大块非晶合金的主要方法之一,与快速冷凝相比,该方法可以在更广的合金系、更宽的成分范围内制备出尺寸更大、形状复杂、近净成形的大块非晶合金材料,因此粉末冶金是一种极具前景的大块非晶合金的制备方法.简要介绍了粉末冶金制备大块非晶合金的基本过程,详细阐述了各种成形技术的特点、原理、优缺点以及制备大块非晶合金的研究进展,期望为非晶、纳米晶粉末的致密化研究和制备大块非晶合金提供技术指导.     

大块非晶研究的现状和动态

总结和介绍了大块非晶合金的成分、非晶形成能力、性能特点等最新研究成果及动态，并通过介绍高性能大块非晶合金高尔夫球杆展望了大块非晶合金广阔的实际应用前景。     

非晶态合金焊接的研究进展

综述了近几年国内外非晶态合金在焊接方面的研究进展,简要分析了将大块非晶合金焊接成功的原因.目前可以成功焊接大块非晶合金的方法有:高压压实法、摩擦焊、闪光电阻焊、电子束焊、爆炸焊、激光焊.其中前两种焊接属于固相焊接,成功的原因主要是:块体非晶合金过冷液相区的热稳定性和超塑性.而其他几种属于液相焊接,成功的原因主要是:(1)非晶合金具有大的非晶形成能力;(2)焊接的能量高且集中,因而加热和冷却速度快于这些合金的临界冷却速度.大块非晶合金的焊接成功地推动了大块非晶合金在工程材料方面的应用.     

大块非晶合金的玻璃形成能力

对描述大块非晶合金玻璃形成能力(GFA)的各种判据△T*、Kg1、S、△Tx、Trg、FBMG,以及用理论公式、TTT曲线法、CCT曲线法计算的形成大块非晶所需的临界冷速Rc进行了分析和讨论.结果表明,这些大块非晶合金的GFA判据在一定程度上可以反映大块非晶合金的某些性质,但单一的判据不能直观地表征大块非晶合金的GFA大小,根据TTT曲线及CCT曲线得到的临界冷速Rc及所能制备的大块非晶合金的最大尺寸tmax是表征大块非晶玻璃形成能力的基本参量.     

具有极大玻璃形成能力的多元大块非晶合金的研究进展

近十年来,一系列具有极大玻璃形成能力,极低的临界冷却速度的大块非晶合金相继被发现,各种新研制出的大块非晶合金有两个共同的特征：（１）具有多元合金成分;（２）具有较大的过冷液相区范围。本文综合评述了大块非晶合金的研究进展,最新成果,着重讨论了多元合金的玻璃形成能力及其改善途径。     

压力及制备条件对大块非晶合金结构的影响

大块非晶合金又称大块金属玻璃,是一种具有特殊结构与性能的新型金属材料.本文利用同步辐射XRD技术研究了常压和11.6GPa压力下Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金结构以及0～50GPa压力范围内Fe60Co10Zr8Mo5Nb2B15大块非晶形成合金结构特征的演变.另外,利用同步辐射XRD研究了冲击波处理和水淬条件下制备的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金微观原子构型的差异.研究表明,压力与制备条件对大块非晶合金的结构均有一定影响,本研究对深入了解大块非晶合金结构本质及进一步开发该类材料具有重要理论和现实意义.     

大块非晶合金的研究进展

概述了大块非晶态材料的发展历史及该领域的最新研究进展,并从成分结构条件、热力学条件、动力学条件等方面阐述了大块非晶合金的形成机制.介绍了大块非晶合金的制备方法,并比较了其产业化的可行性.同时综述了大块非晶合金优异的性能和应用前景.     

大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的电子结构特征及电击穿行为

测定了大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5晶化前后的费米能级和各元素的电子结合能,研究了非品合金的电子结构特征和电击穿行为．测试并讨论了非晶材料场发射能力和耐电压强度的关系．结果表明,对于Zr基合金,非品态比品态合金具有更大的功函数．比较了Zr55Cu30Al10Ni5合金非晶态与晶态的耐电压强度数值,发现非晶态合金的耐电压强度数值比较分散,品化合金的耐电压强度相对比较集中．耐电压强度平均值表明,Zr基合金非晶态具有更好的耐电压能力．     

ZrTiCuNiBe块体非晶合金的热电阻特性及电子结构

为了揭示ZrTiCuNiBe块体非晶合金的物理性能,利用电弧炉熔炼及铜模快速铸造的方法,制备Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金.通过测量热电阻系数和电子能谱,研究了块体非晶合金的热电阻特性和电子结构.研究表明:电阻率随着温度升高而降低,紧临晶化前未出现电阻率极大现象;块体非晶态合金与晶态纯金属相比,锆的电子结合能不发生变化,其余元素电子结构明显改变.     

含Be多元合金非晶形成能力的替代效应研究

利用晶胞平移和分子动力学模拟建立了Zr4lTil3.8Be22.5Ni17.5Cu5．2晶态和非晶合金的原子结构模型，利用递归方法研究了Zr4lTi13.8Be22．5Ni17．5Cu5．2晶态及非晶态合金中元素的替代效应．Be与B、Al、Si状态密度形状相似表明Be与B、Al、Si具有相似的性质，可以用Al、B、Si代替Be；非晶态相对于晶态的结构能差表明，用Al、B、Si代替Be后均使合金的非晶形成能力下降，只是Al、B下降的幅度较小；用Al、B替代Be，再用其它过渡金属替代Cu、Ni或zr、Ti可使非晶形成能力达到含Be合金的水平．     

Effect on microstructure and plastic deformation behavior of a Zr-based amorphous alloy by cooling rate control

In this study,Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 amorphous alloys samples with the same diameter(8 mm)were prepared by using self-designed molds(viz.refractory steel,pure graphite,and copper molds)with dif-ferent cooling capacities.Moreover,by eliminating the size effect,the effect of the cooling rate on the microstructure and compression deformation behavior of Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 amorphous alloys was investigated.Differentiation of the cooling curves revealed that the instantaneous cooling rates of the alloy melt at the glass transition temperature(Tg)are 45,52,and 64K·s-1 for refractory steel,pure graphite,and copper molds,respectively.X-ray diffraction,differential scanning calorimetry,and high-resolution transmission electron microscopy analysis revealed that with the decrease in the cooling rate,trace icosahedral-like atomic clusters and nanocrystals appear in local areas of the amorphous alloy and that the amount of free volume decreases with the increase in the amount of icosahedra-like atomic clusters and nanocrystals.Compression test results revealed that the elastic strain,yield strength,and compressive strength of the amorphous alloy marginally change with the decrease in the cooling rate,while the plastic strain gradually increases.By fitting,the effective size of the vein-like pattern was lin-early related to the enthalpy released during structural relaxation and plastic strain,indicating that at a low cooling rate,the trace nanocrystals in the amorphous alloy could not effectively improve its plasticity and that the amount of free volume mainly affects its plasticity.     

弛豫对Zr-Al-Ni-Cu基非晶合金晶化过程的影响

非晶合金的稳定性是制备大块非晶合金的关键，而弛豫后形成的短程有序结构对非晶中的晶体相形核有重要的影响。本文通过差热分析及X射线衍射法研究了预先弛豫处理对Zr60Al8Ni12.5Cu17Si2.5和Zr60Al8Ni10Cu17Si5非晶合金晶化过程的影响。结果表明：预先弛豫处理降低了上述非晶合金的稳定性。Si含量的增加则提高上述非晶合金的稳定性。根据等温转变过程日体相形核孕育期采用Arrhenius公式所确定的晶化激活能更能反映非晶晶化过程及非晶的稳定性。     

锆基大块非晶合金及其晶化合金在0.5mol/L H2SO4中的腐蚀行为研究

根据合金的DSC曲线制定了Zr60Al15Ni25、Zr52.5Al10Ni10Cu15Be12.5和Zr65Al10Ni10Cu15等锆基大块非晶合金的等温退火工艺,获得了与非晶态合金具有相同成分的晶化合金。通过研究非晶态合金和晶化合金在0.5mol/L H2SO4中的极化曲线,结合扫描电镜(SEM)和能量散射X射线谱(EDS)分析,发现,在0.5mol/LH2SO4中非晶态合金和晶化合金都具有非常优异的耐腐蚀性能,但非晶合金的耐腐蚀性能要比晶化合金稍好。这主要是因为晶态合金的结构中不存在晶界、位错等缺陷,同时非晶态合金中的组元具有很高的活性,使合金更快地进入钝态。     

Quaternary Ti–Zr–Be–Ni bulk metallic glasses with large glass-forming ability

The glass-forming ability (GFA) of Ti–Zr–Be ternary alloys is dramatically improved by partially replacing Be with Ni. Centimeter-scale fully amorphous samples can be obtained in a wide Ni content range of 4 at.%–12 at.%. In particular, some of the developed Ti–Zr–Be–Ni alloys exhibit a critical diameter up to 20 mm, which is larger than that of other quaternary Ti-based bulk metallic glasses (BMGs). Moreover, Ni addition also enhances the yield strength and compressive plastic strain of Ti–Zr–Be alloys obviously. Based on the experimental results, the effect of substituting elements addition on the glass-forming ability of Ti–Zr–Be alloys has been systematically investigated and an empirical composition design method for the development of novel Ti-based BMGs with large GFA has been proposed.     

具有大过冷液相温度区间的Cu基大块非晶合金的制备和机械性能

利用铜模铸造方法制备了具有大过冷液相温度区间的Cu-Zr-Ti-Ni系高强度Cu基大块非晶合金,对于Cu55Zr55Ti15Ni5合金,最大直径达5mm.过冷液相区温度范围ΔTx达45.48～70.98 K.Cu基玻璃合金棒表现出非常高的机械性能和明显的塑性,对于Cu50Zr25Ti15Ni10、Cu55Zr25Ti15Ni5和Cu54Zr22Ti18Ni6合金,压缩断裂强度分别达2155MPa、2026MPa和1904MPa,维氏硬度分别达674、678和685.加入Co元素扩大了CuZr-Ti-Ni系合金的ΔTx,Cu50Zr22Ti18Ni6Co4合金的ΔTx高达74.5K.     

Ti-Zr-Be-Cu-Co块体非晶合金在NaCl溶液中的冲刷腐蚀行为

为评价Ti基块体非晶合金的耐蚀性,以期今后在工业生产中的应用,采用失重法研究了Ti35Zr30Be2 4Cu7.5Co3.5块体非晶合金及其对应晶体成分在质量分数6%Na Cl溶液中0.2、0.4、0.6 m/s流速下的冲刷腐蚀行为.利用X射线分析(XRD)、扫描电镜(SEM)研究了Ti35Zr30Be2 4Cu7.5Co3.5块体非晶合金及其对应晶体成分的相结构、微观腐蚀形貌,并利用电化学极化试验测试2种合金冲刷腐蚀后的耐蚀性.结果表明:随着流速的增加,2种合金的腐蚀速度均升高,其中非晶合金出现最大腐蚀速度峰值的时间由无冲刷状态的32 h缩短到流速为0.6 m/s下的10 h,Ti35Zr30Be2 4Cu7.5Co3.5块体非晶合金腐蚀速度较对应晶体成分小;Ti35Zr30Be2 4Cu7.5Co3.5块体非晶合金较对应晶体成分在质量分数6%NaCl溶液中具有更好的耐蚀性.     

Zr基大块非晶合金成分的等电子浓度和等原子尺寸判据

制备了6种合金Zr65.5Al5.6Ni6.5Cu22.4,Zr65.3Al6.5Ni8.2Cu20,Zr65Al7.5Ni10Cu7.5,Zr64.8Al8.3Ni11.4Cu5.5,Zr64.5Al9.2Ni13.2Cu13.1和Zr63.8Al11.4Ni17.2Cu7.6,共晶成分位于合金Zr64.5Al9.2Ni13.2Cu13.1和合金Zr63.8Al11.4Ni17.2Cu7.6的成分之间，这6种合金均显示了非晶相的形成和较宽的过冷液相区范围△Tx值，以及较大的约化玻璃转变温度Trg值，除合金Zr63.8Al11.4Ni17.2Cu7.6的△Tx值为87K外，其余5种成分合金的△Tx值均在97K以上，最宽的达105K，表明这6种合金是一个具有大玻璃形成能力和高热稳定性的非晶合金系列，合金Zr63.8Al11.4Ni17.2Cu7.6是6种合金中玻璃表成能力和热稳定性最高的，其Tg，Tx和Trg值最高，Inoue非晶合金Zr65Al7.5Ni10Cu17.5并不是最佳非晶成分，提出以等电子浓度和等原子尺寸规律作为设计大块非晶合金成分的判据。