大块非晶合金的制备、性能与应用研究进展

大块非晶舍金由于其独特的结构和优异性能而得到广泛的研究。本文从大块非晶合金的制备原理和工艺、性能以及应用三方面详述了大块非晶研究概况和进展，并针对存在的问题提出了建议，最后提出了今后大块非晶发展的方向。     

Zr基大块非晶的研究

利用射流成型法制备出Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅大块非晶.该合金系统具有很强的玻璃形成能力和宽的过冷区,其玻璃转化温度T_g=650.63K,晶化温度T_x=721.90K,过冷区△T_x=T_x-T_g=71.27K.Vicker硬度为558kg/mm²压缩断裂强度1730GPa,弹性模量82GPa.观察其断口有大量纹络状河流花样,并有融化的液滴存在.该合金系统大的玻璃形成能力应归功于合金组元的多样性、组元间大的原子半径比率、组元间大的混合负热及在冷却过程中过冷区粘度的急剧上升等因素.     

非晶合金的制备

综述了制备非晶的各种方法,介绍了大块非晶的制备途径,对一些方法特点进行了讨论,并对它们进行了初步对比.     

大块锆基非晶合金电化学耐腐蚀行为的试验研究

利用电化学极化曲线方法研究了Zr41Ti14Cu12．5Ni5Be22．5Fe5非晶合金及成分相同的晶化合金及纯Zr在硫酸溶液中的腐蚀行为。利用减重法研究了Zr41Ti14Cu12．5Ni5Be22．5Fe5非晶合金及成份相同的晶化合金在浓硫酸溶液中的腐蚀行为。极化曲线测试结果表明，非晶合金及成分相同的晶化合金与纯金属Zr有很大差异：非晶合金过钝化电位最高，钝化区最长，而纯金属Zr过钝化电位最低；钝化区也最短。减重试验表明，非晶合金的腐蚀速率是成分相同晶化合金的1/4。以上结果表明非晶合金拥有优良的耐腐蚀性能。     

等离子喷涂制备铁基非晶-纳米复合涂层

以一种多元素铁基非晶合金粉末(含C,Si,B,Cr,W,Mo,Ni,Fe等)作为喷涂材料,用大气等离子喷涂在316L不锈钢基体上制备涂层.用X射线衍射仪检测涂层的晶型结构,扫描电镜观察涂层的形貌,透射电镜观察涂层的微观组织结构,显微硬度仪测量涂层的显微硬度,纳米压痕仪测量涂层的硬度及弹性模量,并用谢乐公式计算了晶粒尺寸.结果表明:所制备的涂层均匀致密,与基体结合良好;涂层含有非晶和纳米颗粒;这种非晶-纳米复合涂层具有很高的硬度和弹性模量.     

放电等离子烧结制备的细晶铁基材料及其力学性能

采用高能球磨和放电等离子烧结,制备细晶Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C块体材料,在不同温度下对烧结试样进行回火处理,研究烧结温度和回火温度对该合金组织、硬度和横向断裂强度的影响。结果表明:烧结温度对合金密度和硬度影响不大,经650～800℃烧结可得到近乎全致密的铁基合金,相对密度达98%～99%,组织为马氏体、贝氏体、珠光体和残余奥氏体的混合组织,硬度为59～61 HRC。在650℃下烧结时横向断裂强度为2 260 MPa;烧结试样在400～600℃回火4 h,随着回火温度升高,初始烧结组织逐渐向球状珠光体转变,使得合金的硬度逐渐降低,横向断裂强度逐渐升高。经650℃放电等离子烧结和500℃回火热处理后的铁基合金的横向断裂强度最高达3 325 MPa,硬度大于51 HRC。     

等离子喷涂制备铁基非晶合金涂层的结构及其耐腐蚀性能的研究

选用铁基非晶合金粉末(含有Cr,Mo,Ni,P,B,Si)采用等离子喷涂方法在Q235低碳钢和不锈钢基体上制备合金涂层,通过金相显微镜、X射线衍射和扫描电子显微镜研究分析了涂层的相组成和显微结构。研究结果表明:该涂层与基体结合紧密,涂层均匀致密度高,涂层主要由非晶组成;涂层由变形成条带状的粒子相互搭接而成,其中含有少量未熔粒子和氧化物。所制备的铁基非晶涂层气孔率约2.5%,硬度为750～850 HV0.1。通过在H_2SO_4、HCl和NaOH溶液中进行浸泡腐蚀和三电极电化学分析,表明该涂层具有优异的耐腐蚀能力。     

粉末冶金工艺对大块非晶合金性能的影响

阐述了粉末冶金工艺参数对大块非晶性能的影响。通过在过冷温度区间进行超塑性成形，可以将非晶粉末固结成形为致密的大尺寸的非晶合金。在过冷温度区间进行超塑性成形时，压头的速度Ve，压头压力F，挤压比r，以及挤压过程中的温升△Te等工艺参数对大块非晶合金的成形性及随后的性能具有重要的影响。与直接凝固制备大块非晶的方法相比，该方法可以在非晶形成能力(GFA)相对较低的合金中获得较大尺寸的非晶合金。     

新型大块非晶软磁合金的制备和应用

最近，罗马尼亚材料研究者利用吸铸法和铜模浇铸法开发了一系列具有大的过冷液相区和良好软磁性能的(Fe，Co，Ni)70M10B20(M=Zr，Nb，Ti，Ta)大块非晶合金。这些大块非晶合金的关键尺寸都大于3mm，电阻为18×10^-7～23×10^-7Ωm，矫顽力小于6A／m，磁导率为3     

温挤压法制备铝基非晶合金的研究进展

Al85Ni5Y10铝基非晶粉末在603K温挤压所得块体样品的相对密度超过98%, 抗压强度和弹性模量分别高达1470Mpa和145 Gpa, 是传统铝合金的2～3倍, 并有很好的耐磨、耐蚀性能和超塑性等, 可望在航天、航空和汽车制备等领域获得广泛的应用. 然而, 以Al85Ni5Y10为代表的这类铝基非晶合金材料获得工程应用的主要困难在于较难获得大尺寸的非晶材料. 为促进其快速研发, 该文简要地综合介绍和评述了温挤压法制备大块非晶合金的基本原理、方法和研发进展.     

放电等离子烧结TiAl基合金的显微组织及力学性能

以Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备出TiAl基合金,并研究了制备工艺、显微组织与室温力学性能三者的关系.结果表明,采用放电等离子烧结方法可制备出致密度高、组织均匀的TiAl基合金.烧结温度对合金的显微组织影响显著,且其室温力学性能与显微组织密切相关,显微组织越细小,室温强度和塑性越高.当烧结温度为1100℃时,制备出的TiAl-V-Cr合金显微组织类型为细小双态组织,具有35.2%的压缩率和3321MPa的断裂强度,显示出较好的室温压缩性能.     

放电等离子烧结制备Al-Zn-Mg-Cu纳米晶合金的组织

利用低温液氮球磨和放电等离子烧结工艺制备了块体纳米晶Al-Zn-Mg-Cu合金.采用X射线衍射(XRD)技术分析了材料的晶粒尺寸和微观应变,利用透射电镜(TEM)研究了合金微观组织的演变.结果表明:采用放电等离子烧结法制备的7000系纳米铝合金具有两种不同的纳米晶结构,以晶粒尺寸50~100nm的等轴晶为主,少量200~400nm的大晶粒为辅;烧结过程中发生再结晶及第二相析出,析出的第二相以η(MgZn₂)为主,θ(Al₂Cu)以及S(Al₂CuMg)为辅.     

Structure and properties of nanocrystalline rare earth bulks prepared by spark plasma sintering

A series of rare earth bulks with the ultrafine nanocrystalline structure were prepared by applying an "oxygen-free" (an environmental oxygen concentration less than 0.5 ppm) in-situ synthesis system, where the inert-gas condensation was combined with the spark plasma sintering technology into an entirely closed system. The thermal and mechanical properties of the prepared ultrafine nanocrystalline bulks were characterized and compared with those of the raw polycrystalline bulks. It was found that the speci...     

放电等离子烧结快速制备高钪含量铝钪合金

采用放电等离子烧结技术制备高钪含量Al-Sc合金,利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等设备对球磨前后Al-Sc合金粉末的形貌、相组成以及不同温度快速烧结样品的显微组织结构进行观察和分析,研究烧结温度对Al-Sc合金显微组织的影响。结果表明:球磨后粉末的形状较规则,其颗粒尺寸为25～45mm,并初步实现了机械合金化,除Al、Sc相以外,有少量Al₃Sc和AlSc₂相生成。放电等离子烧结可实现高钪含量铝钪合金的快速致密化,成功制备出钪含量30%(质量分数)的铝钪合金,通过调整烧结工艺参数,烧结样品的相对密度可达92.19%;当烧结温度高于500℃时,所得样品致密,无孔洞,且无明显晶界;随着烧结温度的提高,Sc相与第二相融合,形成Al₃Sc、AlSc₂等第二相,存在于合金中,且Al₃Sc相呈现逐渐增强的趋势。     

High strength aluminium alloys prepared by nanocrystallisation of amorphous powders using spark plasma sintering

Al based nanocrystalline alloys with high fracture strength are fabricated using consolidation and controlled crystallisation strategy of amorphous powder precursors. The sintered product exhibits high specific strength of 3.18?×?10⁵?Nm?kg^??1. The compacted microstructure and ultrafine grains caused by sufficient densification and crystallisation of Al based amorphous powders are responsible for considerable properties of the sample. Furthermore, the densification process and mechanical behaviour of the sintered Al based nanocrystalline alloy are investigated in detail. The Al based nanocrystalline alloys prepared by synergetic process of powder consolidation and crystallisation of amorphous can exhibit much improved mechanical properties compared with conventional Al alloys, which can have potential engineering applications.     

放电等离子烧结制备储氢合金的应用研究现状

介绍了放电等离子烧结制备储氢合金的可行性,从La-Mg-Ni系、Mg基、Ti-V基合金的微观结构及其吸放氢性能等角度综述了放电等离子烧结在储氢合金中的应用研究进展,并指出储氢合金吸放氢性能的改善原因在于适当温度的放电等离子烧结促进了合金中新相的形成,控制了合金晶粒尺寸。     

Microstructures and properties of CoCrCuFeNiMox high-entropy alloys fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering

CoCrCuFeNiMox (x values in molar ratio, x?=?0, 0.2, 0.4 and 0.8) high-entropy alloys were prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering method. The effects of Mo addition on microstructure and mechanical properties were investigated. The X-ray diffraction (XRD) result showed that the addition of Mo into CoCrCuFeNi high-entropy alloy (HEA) changed the original phase constitution from FCC to FCC?+?σ?+?μ and the peak intensity of (1 1 1) shifted to the left and decreased steadily. The field emission scanning electron microscope confirmed that the Cu-rich second FCC phase disappeared and the σ phase with a tetragonal structure expanded as the Mo content was increased. Additionally, a high density of dimple-like features were seen in CoCrCuFeNi HEA while typical quasi-cleavage facets could be observed from the fracture surfaces of the HEAs with the addition of Mo. The Mo0.8 alloy showed a good wear resistant and appropriate strength with fracture strain 22.70%, fraction coefficient 0.65, hardness 530?HV and compressive strength 1448?MPa.

Special theme block on high entropy alloys, guest edited by Paula Alvaredo Olmos, Universidad Carlos III de Madrid, Spain, and Sheng Guo, Chalmers University, Gothenburg, Sweden.     

合金元素对机械合金化和放电等离子烧结Ti-Nb基合金显微组织的影响

β-Ti型结构的钛基材料在生物材料领域具有广泛的应用前景。本文采用机械合金化法和放电等离子烧结制备β-Ti型Ti-Nb基合金,研究不同Nb,Fe含量对合金显微组织及力学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等手段分析合金的显微组织变化情况。结果表明:机械合金化过程中,粉末的平均粒度减小,当球磨时间超过60 h时粉末易发生团聚。当球磨转速为300 r/min,球料比为12:1,Ti和Nb的质量分数分别为64%和24%时,球磨100 h后制备的粉体材料中具有一定体积的非晶相。该粉末在1 000℃下通过放电等离子烧结(SPS)制备具有均匀细小的球状晶粒组织的Ti-Nb合金,其强度、伸长率和弹性模量分别为2 180MPa,6.7%和55 GPa。通过控制Nb,Fe的含量,可以促进β-Ti相形成,获得高强度和低杨氏模量的Ti-Nb合金。     

高能球磨-放电等离子烧结法制备双晶分布钛

以平均粒径约150μm的球形钛粉为原料,采用高能球磨结合放电等离子烧结技术制备由双尺度晶粒组成的高致密纯钛块体材料,研究高能球磨过程中钛粉的形貌、尺寸及显微组织的变化,分析球磨钛粉放电等离子烧结时的致密化行为和显微组织的演变规律,测试烧结钛块体材料的室温压缩性能。结果表明:钛粉在球磨初期发生剧烈的塑性变形并相互焊合,形成层片状团聚粉末。球磨10 h时,钛粉的部分晶粒细化至40~100 nm。放电等离子烧结过程中,随烧结温度升高和烧结时间延长,烧结钛的密度逐渐增大。在烧结温度为800℃、保温时间为4 min、烧结压力为50 MPa的条件下,烧结钛的密度达到4.489 g/cm3,接近全致密,其显微组织由双尺度的等轴晶组成,细晶区晶粒尺寸为1~2μm,粗晶区晶粒尺寸为5~20μm,二者呈层状交替分布;该试样在室温压缩条件下的综合力学性能与铸锻Ti-6Al-4V合金相当。     

超高压力下通电烧结制备钼铜合金

采用超高压力下通电烧结技术制备了铜体积分数25%~75%的钼铜合金材料.烧结压力2~10GPa,通电功率15kW,通电时间65s.分析了不同成分和制备工艺参数的钼铜合金显微形貌及力学性能.结果表明,所制备的钼铜合金材料结构致密,力学性能优越,而且超高压力下通电烧结技术能有效地避免晶粒长大和组织偏析.