深冷循环热处理下锆基金属玻璃的回春行为调控

研究Zr_(55)Cu_(30)Ni_(5)Al_(10)(摩尔分数,%)金属玻璃在深冷循环处理过程中的回春行为。实验发现,随着循环次数的增加,样品的回春程度更高,表现为更高的弛豫焓与更低的密度。回春程度经200次循环后逐渐饱和,这可能与非晶结构中有限的自由体积含量有关。同时,高循环次数下的样品硬度更低,塑性更好,这与其剪切转变区体积增大有关。此时,更低的剪切面形成能有利于多重剪切带的形成。此外,还发现自由体积含量与样品塑性应变及剪切转变区体积呈线性关系。分子动力学模拟结果还表明,在高冷速下回春程度高的样品会发生原子体积的饱和。

退火处理对Pt基块体金属玻璃塑性动力学行为的影响

采用退火的热诱导方法向Pt基块体金属玻璃(Pt-BMG)基体内原位引入纳米晶,通过纳米压痕实验,考察了Pt-BMG在铸态和在玻璃转变温度Tg之上(250℃)退火15 min,2 h和6 h的力学性能和塑性动力学行为.研究结果表明,退火时间从15 min增加到6 h时,Pt-BMG的结晶度从34%增加到57%,平均晶粒尺寸从25.6 nm增加到38.3 nm,硬度和折合模量分别从5.66 GPa和133.83 GPa增加到8.65 GPa和182.89 GPa,同时载荷-位移曲线上的锯齿流变行为呈现从可明显观察到不连续的位移突变到比较平滑的变化规律.通过分子动力学模拟进一步证明,随着纳米晶尺寸的增加,剪切转变区的激活与剪切带的成核呈现先促进后抑制、先增加后减小的趋势.这是由于金属玻璃在塑性变形过程中,小尺寸纳米晶会被剪切带所包裹或溶解,促进了金属玻璃塑性变形的形成;而大尺寸纳米晶在承受载荷时,在晶体内部产生了位错和滑移,进一步抑制了剪切带的成核与传播.本文结合纳米压痕实验和分子动力学模拟,从原子尺度上揭示了纳米晶的尺寸影响非晶合金塑性变形的内在机理,为设计理想性能的金属玻璃提供了有效的实验基础与理论支撑.

基于融合策略的块体金属玻璃形成能力预测

提出一种融合策略来提高随机森林(RF)、k近邻(KNN)、梯度提升决策树(GBDT)和极端梯度提升(XGBoost)模型预测块体金属玻璃(BMGs)形成能力(GFA)的准确性。该策略使用训练好的卷积神经网络(CNN)模型提取来特征向量,且合金的成分信息是唯一的输入变量,不需要通过实验获得其他物理和化学特性。此外,通过网格搜索方法和k折交叉验证对RF、KNN、GBDT和XGBoost模型的超参数进行了优化。结果表明,本文作者提出的4种融合模型CNN-RF、CNN-KNN、CNN-GBDT和CNN-XGBoost比上述4种机器学习模型(即RF、KNN、GBDT和XGBoost模型)预测精度更高,这表明训练好的CNN模型比人工特征提取更为高效。此外,与已报道的机器学习模型和GFA判据相比,本文作者提出的融合模型可以更精准地预测金属玻璃的形成能力。

NiNb金属玻璃原子结构和力学性能的分子动力学研究

采用分子动力学模拟的方法,对不同成分的NiNb合金进行原子结构和力学性能方面的研究。通过对降温过程中玻璃转变温度的变化和高温熔体混合焓、混合熵的变化对比发现,在成分点c_(Ni)=0.65前后,合金表现出截然不同的变化趋势。同时利用双体分布函数,配位数,Warren-Cowley参数,键对分析,准近邻原子等方法对NiNb合金进行原子结构相关分析,发现在c_(Ni)=0.65前后,部分结构参数也表现出不同趋势,说明在此成分点前后,NiNb金属玻璃在原子结构上差异较大。综合热力学和结构参数的变化,c_(Ni)=0.65可能是两个合金体系的分界点,c_(Ni)=0.65之前为Nb基,c_(Ni)=0.65之后为Ni基。最后对力学性能进行了模拟,发现力学性能的表现主要和不同成分下NiNb之间的结合方式相关。此项研究有利于加深对金属玻璃原子结构和力学性能的理解。

冷却润滑对金属玻璃钻削特征及可加工性的影响研究

金属玻璃钻削高温极易导致光发射、大毛刺和孔烧蚀等严重问题。研究锆基金属玻璃在干切削、冰冻切削和切削油条件下的钻削过程、钻削特征及孔质量,通过对比三种冷却润滑条件下的轴向力动态变化过程、钻削能、刀具磨损以及孔口毛刺,提出适用于金属玻璃钻削加工的工艺方法。研究结果表明:刀具磨损积累与热软化是影响金属玻璃钻孔过程及轴向力动态变化的主要因素;干切削会使孔材料处于过冷液态,导致孔无法成形。金属玻璃入口孔毛刺主要为冠状和无规则扭曲形毛刺;出口孔毛刺主要为冠状毛刺。冰冻切削仅适用于低速钻削金属玻璃;切削油条件下高速钻削金属玻璃可获得最佳孔口质量和最长刀具寿命。

基于应力松弛变形探索La基金属玻璃微观非均匀性

金属玻璃由于独特的微观结构而表现出优异的物理和力学性能,大量研究表明其微观结构表现为显著非均匀性,并且采用传统分析方法难以充分表征.如何建立宏观力学性能与微观结构非均匀性之间的内禀性关联是金属玻璃在固体力学领域尚未很好解决的重要科学问题之一.文章以La_(62)Cu_(12)Ni_(12)Al_(14)金属玻璃为研究载体,研究了宽温度窗口应力松弛行为,尝试探索金属玻璃在力学激励下微观结构非均匀性的演化规律.借助于经典扩展指数方程和激活能谱模型,研究了温度以及退火效应对金属玻璃应力松弛行为的影响规律.基于自由体积理论,明晰了金属玻璃应力松弛过程应力及缺陷演化规律,揭示了应力松弛变形过程中老化与变形导致年轻化的竞争机理以及对金属玻璃结构状态和力学行为的影响.借助于流变单元模型,厘清了金属玻璃在应力松弛过程中存在的老化与变形竞争的物理机制.本研究以应力松弛作为力学激励切入口,实验研究结合理论分析,从力学响应角度尝试揭示金属玻璃在变形过程微观结构非均匀性演化规律.

基于分子动力学模拟下CuZr金属玻璃的局域连接度对拉伸性能的影响

二十面体连接网络是由二十面体相互连接而形成的中程有序结构。利用分子动力学模拟方法研究了CuZr金属玻璃在拉伸过程中的二十面体连接网络的演变。结果表明,二十面体连接网络会因为变形而断裂,从而出现孤立的二十面体,或是转变成其他团簇。高的米瑟斯应力和屈服时更少的连接度数量百分比可以解释Cu含量低的样品中的较低强度和良好塑性。此外,在Cu含量高的样品中,低连接度在变形后更倾向于向高连接度转变,让样品在变形后仍保持着较高的连接度,呈现为强度高、塑性低的力学性能。

水淬法制备W_丝/Zr基大块金属玻璃复合棒材研究

用水淬法制备出了 2 0mm× 2 0 0mm的W丝/Zr基大块体金属玻璃复合棒材 ,使用TEM、SEM、XRD和DSC对复合棒材的显微组织进行了分析和研究 。

用铁基块状金属玻璃作为磁芯的传感器工作特性

差动变压器式传感器是一种广泛应用于工业生产现场的传感器,由于决定这类传感器输出特性的结构参数较多,如线圈匝数、磁芯直径、骨架材料和几何形状等,因此在系统参数优化配置时较为困难,实际中都选择优质材料和高精度的加工工艺来保证优良的输出特性.研究了(Fe50Co50)72B20Si4Nb4铁基块状金属玻璃(BulkMetallicGlass,简称BMG)作为差动变压器式位移传感器的磁芯材料的传感特性;实验结果表明:在相同条件下,采用金属玻璃作磁芯的传感器灵敏度比用波莫合金灵敏度更高,稳定性更好,信噪比更大,在较高的激励电源频率ω下铁损更小;而且金属玻璃制成的磁芯尺寸小、电阻率高、涡流损耗小,因此能把电流的重复频率取得比较高,有效地扩展了传感器的频率响应范围.

块体金属玻璃制备技术的研究进展

主要介绍了块体金属玻璃的连接技术、放电等离子烧结法和电磁振动法等制备块体金属玻璃的新技术手段。块体金属玻璃的连接技术包括激光焊、爆炸焊、电子束焊、熔融液相连接法和摩擦焊等。采用焊接的方法可将块体金属玻璃连接在一起,以形成大尺寸甚至超大尺寸的块体金属玻璃;放电等离子烧结可在很短时间内制备多孔、大尺寸和具有一定塑性的块体金属玻璃,在制备具有优异软磁性能的块体金属玻璃上也具有显著优势;电磁振动法可以有效抑制晶体形核,显著提高块体金属玻璃体系的玻璃形成能力,从而制备更大尺寸的块体金属玻璃。

镁基大块金属玻璃的研究进展及其制备

介绍了镁基大块金属玻璃的发展、合金体系选择依据、制备方法、各种独特性能及其最新研究进展。总结出Mg-TM-Ln合金体系是最具潜力的镁基大块金属玻璃体系。介绍了目前镁基大块金属玻璃的研究重点及其发展趋势。

大块金属玻璃Pd_(40)Ni_(10)Cu_(30)P_(20)结构弛豫的研究

采用差示扫描量热仪(DSC)研究了大块金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20的结构弛豫。结果表明金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20的结构驰豫可分为2个阶段:在400K～520K的温度范围,样品发生的是低温结构弛豫,所伴随的结构变化是局域的和短程的,自由体积没有发生明显湮灭,所以样品的密度变化不大。而在520K～玻璃转变温度Tg的温度范围,样品发生的是高温结构弛豫,在这一过程中发生原子的中长程扩散,部分自由体积通过样品表面发生湮灭,因而导致样品的密度显著增加。实验还表明,在Tg以下进行预退火处理使得大块金属玻璃Pd40Ni10Cu30P20的玻璃转变激活能明显降低,但对后续的晶化过程的影响不大。

块状金属玻璃研究与进展

本文简略地回顾了块状金属玻璃的研究和进展过程，并介绍了块状金属玻璃的几种制备方法及其机械性质和物理性能。最后讨论了块状金属玻璃及其复合材料的应用前景和发展趋势．

球形铁基金属玻璃单分散粒子的制备及评价

利用脉冲小孔法在He气氛下制备出了球形粒径可控的[（Fe0.5Co0.5）0.75B0.2Si0.05]96Nb4金属玻璃单分散微粒子,这些粒子具有粒径均匀和圆球度高等优良特点.通过XRD、DSC以及TEM对所获得的粒子进行了检测分析,结果表明随着粒径尺寸的减小,微粒子的微观结构从混合相逐渐向全金属玻璃相转变,制备的粒子均为全玻璃相,临界尺寸小于645μm.通过冷却速率的计算,得到全玻璃相微粒子的临界冷却速率为800~1100 K/s,该速度与环境气氛的改变无关,并且该计算值低于同成分的大块金属玻璃合金TTT曲线的测量值.

钨纤维增强金属玻璃复合材料弹穿甲钢靶的实验研究

为具体研究钨纤维增强金属玻璃复合材料的力学特性及其穿甲自锐特征,开展了相应的准静态和动态力学实验,并用火炮开展了复合材料弹体撞击钢靶的穿甲实验,同时利用金相分析对材料失效模式进行了较系统的识别和分类,并同静动态实验数据进行比较分析,最后开展了材料自锐剪切失效的机理讨论。实验获得了复合材料的静动态力学特性及其自锐穿甲的形貌,相关分析显示,材料的变形具有明显的应变率效应,在复合材料弹体侵彻/穿甲过程中,弹体的破坏方式主要表现为局域化的剪切变形和断裂,并呈现出4种自锐剪切失效模式,增强钨纤维也表现出3类失效破坏模式。

钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、电子探针以及NanoIndenterⅡ纳米显微力学探针考察了复合材料的界面结构以及界面微区力学性能。结果表明:钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面仅由单纯的界面溶解和扩散形成,并未发生界面反应,该界面应属于金属基复合材料的Ⅱ类界面;并且溶解和扩散的存在使界面微区的硬度和弹性模量高于基体,界面结合较强,没有沿界面的裂纹扩展。

钨丝/Zr基金属玻璃复合材料的界面反应与扩散

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强不同Nb含量的Zr基金属玻璃复合材料,利用X-Ray衍射、扫描电镜以及电子探针考察了复合材料界面反应和界面扩散情况,研究了基体合金中的Nb含量对复合材料界面反应和界面扩散的影响。结果表明:对Zr55Al10Ni5Cu30基复合材料,渗流时,钨丝与液相中的Zr发生界面包晶反应,生成W5Zr3界面相,并使界面位置向液相方向移动。在Zr55Al10Ni5Cu30合金的基础上添加Nb,发现Nb优先在钨丝界面偏聚,降低了Zr在钨丝界面的偏聚和活度,抑制钨丝与液相中的Zr包晶反应的发生,没有生成W5Zr3界面相,界面处只存在简单的扩散层。同时发现Zr元素在钨丝中的扩散系数降低,此时界面位置向钨丝方向移动。

Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃的摩擦焊焊接

采用摩擦焊对Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃进行了焊接,当焊机主轴转速为4.0×10^3—5.0×10^3r/min,摩擦压力为80—100 MPa,摩擦时间为0.2—0.4 s,顶锻压力和保压时间分别为200 MPa和2 s时,能够成功实施Zr55Al10Ni5Cu30金属玻璃的焊接.用SEM,XRD和TEM观察分析未检测到晶化相,焊缝处金属仍保持非晶状态.金属玻璃的塑性在玻璃转变点Tg附近随温度变化很大,在Tg以上具有良好的塑性变形能力,这是实施摩擦焊焊接的重要基础.

金属玻璃脱合金制备高催化性能的多元掺杂纳米多孔Pd

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃作为预合金,分别在H2SO4+H3PO4酸溶液和NaCl盐溶液中以不同过电位,进行了电化学脱合金处理。在酸溶液中,制得了Ni、Co和P共掺的Pd纳米多孔金属材料。该多孔金属具有三维连通的纳米多孔结构,在对甲酸的催化中表现出了良好的催化活性。与市售碳负载的纳米Pd催化剂相比,在Ni、Co和P共掺的纳米多孔Pd催化条件下,甲酸的氧化电位发生了显著负移。在NaCl溶液中,Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃脱合金后不能获得具有高催化活性的纳米多孔结构。

制备Mg基大块金属玻璃的特种铸造方法

叙述了制备方法对Mg基大块金属玻璃 (BMG)中的非晶相形成所起的至关重要的作用。介绍了国外近年来发展起来的几种制备Mg基BMG的特种铸造方法 ,包括金属型铸造法、低压铸造法、压铸法和挤压铸造法等 ,阐明了这些制备方法的工艺、工装设计、急冷原理以及最终的制备效果。指出金属型铸造时 ,在凝固的前 3 0s内 ,水冷铜型与无水冷铜型中的熔体冷却行为没有太大的区别 ;压铸时 ,熔体的淬火效率更加显著 ;挤压铸造能够制备出直径达 10mm的更大Mg65Cu15Y10Ag10 基BMG。Mg基BMG的制备方法的发展趋势是快速、简单、近终成形。