Cu基Cu-Hf-Al(Ti)系三元块体非晶合金成分设计

利用团簇线判据研究了Cu基Cu-Hf-Al(Ti)三元体系块体非晶合金的形成规律。在Cu-Hf-Al和Cu-Hf-Ti体系中,分别以二十面体Cu8Hf5和附半八面体的阿基米德反棱柱Cu6Hf5两个二元团簇成分为起点,向第三组元Al和Ti连线,得到4条团簇线Cu8Hf5-Al、Cu6Hf5-Al、Cu8Hf5-Ti和Cu6Hf5-Ti。在团簇线上设计合金成分并采用铜模吸铸的方法制备直径为3mm的合金棒。XRD和热分析实验结果表明,在这4条团簇线上块体非晶合金的形成区域分别为Cu8Hf5-Al(2～6at%)、Cu6Hf5-Al(2～8.3at%)、Cu8Hf5-Ti(9～15at%)、Cu8Hf5-Ti(5～11at%),其中每条线上具有最大玻璃形成能力的合金成分分别为Cu8Hf5Al0.83(Cu57.7Hf36.3Al6)、Cu6Hf5Al1.0(Cu50Hf41.7Al8.3)、Cu8Hf5Ti1.0(Cu57.2Hf35.7Ti7.1)、Cu6Hf5Ti0.83(Cu50.7Hf42.3Ti7),都近似满足(团簇)1(胶粘原子)1非晶结构模型。     

基于团簇线的Fe-B-Y基五元块体非晶合金

在三元Fe-B-Y合金系中,以团簇线判据设计了5个基础合金成分,即5条成分线Fe8B3-Y,Fe8B2-Y,Fe83B17-Y,Fe6B-Y和Fe9B-Y与一条团簇线Fe12Y-B的交点.在此基础上加入微量Nb和M(M=Ti,Hf, Ta,Mo,Ni和Sn)形成五元合金,用铜模铸造方法制备出直径为3 mm的合金棒.考虑到元素B和Y在合金制备过程中的损耗,对每个合金进行了成分修正.在M=Ti,Hf,Ta和Mo时,能够形成块体非晶合金的三元基础成分均接近Fe8B3-Y与Fe12Y-B两条团簇线交点成分,表明其对应的基础团簇为Archimedes八面体反棱柱Fe8B3.最佳非晶成分为(Fe69.9B24.6Y5.5)96Nb2Ti2,其Tg=944 K,Tx=997 K,Trg=0.666.当M=Ni和Sn时,均没有得到块体非晶合金.     

新型块体非晶合金的形成、结构、性能和应用

本文综述了新型块体非晶合金的形成原理、成分设计原则和结构特征，简述了大块非晶合金的性能及应用。     

(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金的磁性能研究

选择Fe-B-Y作为基础的三元合金系,选择最密堆的CN10 Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y作为胶粘原子,3at%Nb作为微合金化元素,形成四元合金:(Fe8B3-Y)97-Nb3,以不同含量的Ni替换Fe,形成五元合金:[(Fe1-xNix)8B3-Y]97-Nb3(x=6、14、22、30),用吸铸法制备出直径为2 mm的块体非晶合金。结果表明,在4个非晶合金成分中,当x=6时,合金具有最高的玻璃形成能力,同时具有最好的软磁性能:饱和磁感应强度为87.7 emu/g,矫顽力为7 Oe。     

基于团簇和胶粘原子模型的(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金

应用团簇+胶粘原子模型在三元Fe-B-Y合金系中设计三元合金成分,选择最密堆的CN10Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y为胶粘原子。在此基础上添加3at%Nb作为微合金化元素形成四元合金。以适量的Ni替换Fe,形成五元合金[(Fe100-xNix)8B3-Y]97-Nb3。结果表明,当Ni的含量小于30at%时,均可形成直径为2mm的块体非晶合金,其中,合金[(Fe94Ni6)8B3-Y]97-Nb3具有最大的Tg、Tx和Trg值,分别为:884K、972K和0.634。     

Co元素对Ti-Zr-Be-Cu块体非晶合金力学性能的影响

采用铜模铸造法制备了Ti35Zr30Be27.5-xCu7.5Cox(x=0,3.5,7.5,11.5)系列块体非晶合金。采用X射线衍射仪(XRD)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Co元素添加对Ti-Zr基非晶合金力学性能的影响。结果表明,Co元素适量替代Be元素有利于提高该非晶合金的塑性。当Co含量(摩尔分数)为3.5%时,Ti35Zr30Be24Cu7.5Co3.5块体非晶合金具有最高的断裂强度及塑性应变,分别为2 196MPa和4%;Co含量为7.5%时,非晶合金断裂强度、塑性应变均迅速降低,分别为2 062 MPa和1.5%;进一步增加Co含量至11.5%时,合金的断裂强度又提高到2 106 MPa,而塑性应变仅为0.2%。     

Cu-Zr-Nb系铜基块体非晶合金的形成

Cu8Zr3和Cu10Zr7相中存在Cu8Zr5和Cu6Zr5团簇结构,它们与Cu-Zr系的两个深共晶点Cu61.8Zr38.2和Cu56Zr44对应. Cu64Zr36是Cu-Zr二元系具有最大玻璃形成能力的成分点.依据形成块体非晶的＂变电子浓度线判据＂,以Cu64Zr36,Cu61.8Zr38.2和Cu56Zr44 3个二元成分为出发点,以Nb元素为第三组元,建立变电子浓度线（Cu64Zr36）100-xNbx,（Cu61.8Zr38.2）100-xNbx和（Cu56Zr44）100-xNbx.采用分步熔炼法,由铜模吸铸法制备直径为3 mm的合金棒.块体非晶的玻璃形成区及玻璃形成能力由XRD和热分析确定.结果表明,添加少量Nb（原子分数,x≤3）可以显著提高Cu-Zr二元系的玻璃形成能力.具有最大Tg/Ti值（0.626）的成分Cu60.3Zr37.2Nb2.5位于具有Cu8Zr5团簇和最深共晶点的Cu61.8Zr38.2向第三组元Nb的连线上.结合Cu-Zr二元体系的团簇结构讨论了Cu-Zr-Nb系块体非晶的形成.     

基于团簇和胶粘原子模型的(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金

应用团簇+胶粘原子模型在三元Fe-B-Y合金系中设计三元合金成分,选择最密堆的CN10 Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y为胶粘原子。在此基础上添加3at%Nb作为微合金化元素形成四元合金。以适量的Ni替换Fe,形成五元合金[(Fe100-xNix)8B3-Y]97-Nb3。结果表明,当Ni的含量小于30at%时,均可形成直径为2 mm的块体非晶合金,其中,合金[(Fe94Ni6)8B3-Y]97-Nb 3具有最大的Tg、Tx和Trg值,分别为：884 K、972 K和0.634。     

FeNiAIGaPBSiC系块体非晶合金的结构、热参数及形成能力分析

采用铜模喷铸法制备了0．5mm厚,15mm宽,20mm长的板状Fe（73.6-x）Ni1Al5Ga2P9.65BxSi3C5.75（x=6．6,7．6,8．6,9．6,at％,下同）系块体非晶合金,利用XRD、DSC和SEM,研究了样品的内部结构、热力学参数及形成能力。实验结果表明：当x=8．6,9．6时,样品则为典型的非晶合金,当x=6．6,7．6时,样品为非晶纳米晶合金;通过分析该系列合金的热力学参数,发现Trgm、Trgl和y均表现出变化一致的玻璃形成能力（GFA）,而△足却恰恰相反,说明其应用有局限性;同时还构想了非晶的团簇结构,并分析了该合金系的玻璃形成能力,表明该系列合金具有较大的玻璃形成能力。     

镁基块体非晶合金的研究进展

Mg基块体非晶合金因其低成本和高比强度而有望成为轻质高强度结构材料,引起人们研究的极大兴趣.通过对Mg基决体非晶合金发展情况的综述研究,尤其是介绍了新成分设计和力学性能改善等方面的研究现况,发现Mg基块体非晶合金的研究主要集中在Mg-Cu基,成分设计以元素替代和合全体系元素优化为主,Mg基非晶合金塑性的改善是当前研究的重点和难点.     

含钴锆基块状非晶合金的制备与力学性能

采用水淬法制备了Zr—Ti—Cu—Ni—Be—Co块状非晶合金(BMGs)。使用XRD进行相分析，采用热分析仪进行玻璃转变温度、晶化温度和热稳定性等的测定，用SEM观察试样压缩后的外表面和断口形貌。研究了Co对Zr—Ti—Cu—Ni—Be合金非晶形成能力(GFA)、热稳定性及力学性能的影响。结果表明：含Co的所有Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs都有1个明显的玻璃转变点和宽的过冷液相区(△T）。Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5合金具有和Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金相当的△T；Co的添加明显提高Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs的力学性能，含Co量大于10at％的Zr—Ti—Cu—Ni—Be BMGs的压缩断裂强度（σf）超过2000MPa，Zr38Ti17Co22.5Be22.5合金的σf达到2230MPa，比Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金的σf提高23％。     

新型Y-Fe-Co-B大块非晶合金的制备与磁性能研究

用水冷铜模吸铸方法制备了最大截面直径为2mm的Y6Fe60.5Co11.5B22铁基大块非晶合金，研究了冷却速率对合金磁性能的影响，分析并计算了合金的临界冷却速率。大块Y6Fe6.5Co11.5B22非晶合金具有良好的软磁性能：其矫顽力Hc=2．53A／m，饱和磁化强度Ms=1．24T，初始磁化率明显高于相同成分的晶态合金。热稳定性分析表明，该合金具有较高的非晶形成能力，其形成非晶的临界冷却速率（Rc）约为119K／s。     

过热处理时间对Zr-Cu基大块非晶合金力学性能的影响

在一定初始温度下经过不同时间的熔体过热处理,利用铜模吸铸法,制备纯非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8棒状试样,通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热分析仪(DSC)、万能力学试验机和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究过热处理对其力学性能的影响。结果表明,在一定的处理时间范围内,随着处理时间的增长,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金原子排列的混乱度增加,非晶合金的平均自由体积增加,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金的变形局域化程度降低,变形能力随之增强,非晶合金的断裂强度和塑性得到了提高。     

基于增材制造技术的非晶合金研究进展

近年来,为了满足具有大尺寸复杂结构的非晶合金构件的市场需求,具有高度柔性化成形、机加工量小和成形精度高等特点的增材制造技术被成功应用于制备块体非晶合金。本文基于国内外块体非晶合金增材制造成形领域的最新研究成果及作者们多年来在该领域的研究工作,系统介绍了现有非晶合金增材制造技术的研究现状,详细阐述了非晶合金在各类增材制造技术中的成形机理和性能方面的研究进展,深入探讨了现有非晶合金增材制造成形的技术难点,详细阐明了非晶合金增材制造成形工艺 - 组织结构 - 性能间内在联系,指出制备高质量高性能非晶构件将是块体非晶合金增材制造成形领域未来研究的重要方向。     

机械合金化和放电等离子烧结技术制备Ti基大块非晶合金

将0.075mm的Ti,Cu,Ni,Sn4种金属粉按合金成分为Ti50Cu23Ni20Sn7进行配比,并在行星式球磨机中进行机械合金化(MA)球磨。试验中的球磨机转速为300r/m,球料比为10:1。XRD和DSC分析结果表明,经过30h球磨之后,金属粉末已经全部合金化,并且为非晶态结构。继续进行球磨只能减小粉末颗粒尺寸,却会引入更多的杂质,所以30h是制备Ti50Cu23Ni20Sn7非晶合金粉末最为合适的时间。SEM下观察发现,经机械合金化所获得的非晶粉为层状团聚结构。将所制备的非晶合金粉装入碳化钨模具中,并在放电等离子烧结(SPS)设备中进行快速烧结。其烧结的温度分别为480、490、500和510℃,烧结压力为500MPa,保温时间为1min。从XRD和DSC分析结果可以看出,烧结后的合金基体为非晶结构,并伴有少量晶化相。烧结件放在光学显微镜下观察可以看到少许缩孔和疏松等烧结缺陷。将温度为490℃下烧结的试件破碎,并将断口在SEM下观察可以发现,试件断裂方式为层状脆性断裂。试验结果表明采用机械合金化和放电等离子烧结技术可以成功制备出Ti基大块金属玻璃。     

放电等离子烧结制备FeSiB块体非晶合金

采用DSC测定FeSiB非晶粉末的玻璃态转变点(Tg)、初始晶化点(Tx)和过冷液相区(ΔTx),以此为基础,利用放电等离子烧结技术制备出了φ10mm×7mm、致密度为92.3%的块体非晶合金。采用XRD、SEM、VSM、万能试验机分析了烧结块体样品的相组成、微观形貌、磁性能和抗压强度。研究表明,当烧结条件为压力500MPa、温度360℃时,得到的块体非晶合金致密度最高,其饱和磁化强度为1.44T,抗压强度为1200MPa。400℃晶化后块体样品的饱和磁化强度为1.54T,抗压强度为2039MPa。     

冷却速率对Zr-Cu基非晶合金显微结构及力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备了直径分别为2、4、6 mm的Zr44Cu40Al8Ag8块体非晶合金。利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、同步示差扫描量热仪(DSC)等手段对试样的显微结构进行了分析,采用单轴压缩试验测试了试样的力学性能。实验结果表明:试样的力学性能受自由体积和析出晶体相数量影响。当冷却速率降低时,试样塑性因自由体积减少而变小,同时强度因Al3Zr析出相增多而降低。     

微量元素对铜基块体金属玻璃形成能力的影响

研究微量元素的种类与添加量对Cu55Zr38Al7铜基块体金属玻璃形成能力的影响。X射线衍射仪和差示扫描量热仪的研究表明,添加2at%的Ag、Ti、Y或Nd都可以提高Cu55Zr38Al7的玻璃形成能力;6at%的Ag替代Cu,金属玻璃棒的临界直径可从2mm增加到4mm;而复合添加2at%的Ag和Y也可以明显提高Cu55Zr38Al7的玻璃形成能力。所以,替代化学性质相似的元素或者扩大合金系的原子尺寸范围可显著提高铜基块体金属玻璃的形成能力。     

块体非晶合金(La0.6Ce0.4)65Al10Cu25晶化行为的研究

利用铜模铸造法制备(La0.6Ce0.4)65Al10Cu25块体非晶合金,通过X射线衍射和差示扫描量热法对该非晶合金的热稳定性和晶化行为进行研究。利用J-M-A方程对其等温晶化动力学进行分析,该合金平均Avrami指数在2.39～3.38之间。区域Avrami指数n(x)分析表明,晶化初期n(x)趋于3;晶化中期阶段,n(x)由2.5变化到3.5,在此过程中,当2.5相似文献