非晶合金药型罩的射流仿真及结构设计

采用Ls-dyna软件中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对非晶合金药型罩的射流成形进行数值仿真,侵彻仿真用软件中的多物质ALE算法和流固耦合,并进行试验验证。结果表明:72°锥角非晶合金药型罩的射流形态、性能更好,射流为连续性非凝聚态,锥角为72°,壁厚为2.5 mm的非晶合金药型罩穿深约为铜药型罩的86%,孔径约为铜药型罩的1.46倍,仿真结果与试验结果误差小于10%。药型罩中部对非晶合金射流成形和性能影响最大。根据非晶合金射流特征设计了一种新型药型罩结构,其侵彻45#钢穿深比锥形非晶合金药型罩提高约12%,达到相同锥角的锥形铜药型罩的穿深,孔径比铜药型罩高约44%,为非晶合金药型罩结构设计提供参考。

Ti元素对Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金性能的影响

以Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)为基础合金,研究了Ti元素添加对合金热稳定性和力学性能的影响。研究结果表明,添加适量的Ti元素能提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的热稳定性和非晶形成能力,随着Ti元素含量(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5)的增加,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金热稳定先增大后减小,当x=2时,非晶合金的非晶形成能力最强。Ti的适量添加也有利于提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)试样硬度、压缩断裂强度和塑性变形能力;当x=2时,非晶合金的硬度达到533.56,随Ti元素含量的增加,非晶合金强度、塑性先增大后减小;当x=0.5时,非晶合金的断裂强度为2111 MPa,塑性为5.02%,是不添加Ti元素的非晶合金塑性的1.8倍。

电解水析氢反应的铁基非晶合金薄带催化剂研究进展

Pt基电催化剂是析氢反应的基准,然而低丰度和高成本制约了此类贵金属基催化剂的大规模应用,从而促使了替代材料的探索。铁基非晶合金具有无序原子排布结构,表现出独特的物理化学性质。受碱性溶液中的高效析氢反应启发,简述了铁基非晶合金薄带电催化剂的常见反应机理和设计策略,旨在为制备高性能电催化剂提供指导,包括杂原子掺杂、异质面构筑、应变及空位缺陷构建等。此外,原位表征技术和密度泛函理论在铁基非晶合金薄带电催化剂理论设计、反应过程、动态结构演变和机理揭示等方面发挥了重要作用。最后简要介绍了铁基电催化剂目前存在的挑战和未来的研究方向。

非晶合金-硅钢混合铁心三相鼠笼式异步电机的能效分析

首先测试了非晶合金与硅钢铁心的磁化和损耗性能,将测取参数应用于YKK3552-4型笼型200 kW三相异步电动机的二维电磁有限元仿真,分析了电机在两种不同铁心材料组合下的能效特性:一是定子采用非晶合金铁心,转子采用硅钢铁心;二是定子和转子均采用硅钢铁心。结果表明异步电动机满载时组合铁心电机铁耗最小,但磁饱和问题突出,额定电压下组合铁心电机的空载电流可达额定电流的1.1倍,绕组铜耗最大。随后对运行电压降低时的混合铁心电机损耗情况进行仿真,当降压4%时电机能效特性达到最优。最后在3 kW样机上进行了能效测试,验证了降压运行的效果。为易饱和非晶材料在交流电机中应用奠定了理论基础,通过降低运行电压实现非晶定子铁心电机低耗、高效是一条可行技术路径。

高效非晶合金电机关键技术研究综述

非晶合金以其优异的低损耗特性在电机领域受到越来越多的关注。对非晶合金电机的研究进展进行梳理,介绍了非晶合金电机相对传统电机的优势,阐述了现阶段非晶合金电机铁心常用的加工工艺以及非晶合金电机的研发应用情况。对非晶合金电机关键技术的研究现状进行总结,包括考虑加工工艺、装配工艺下非晶合金电机铁心损耗与温升的精确计算,径向磁通与轴向磁通非晶合金电机振动噪声的精确计算,非晶合金电机设计优化与前沿应用,并对非晶合金电机未来发展趋势与研究方向进行了展望。

锆基非晶合金电解质等离子体抛光工艺及废液处理

电解质等离子体抛光技术在非晶合金结构件的应用仍处于探索阶段,而且会产生含较高浓度的重金属和氟离子废液。为了提高锆基非晶合金结构件的表面质量以满足其使役性能,研究抛光时间、工作电压、硫酸铵浓度、初始温度、工件入水深度、阳极挂具材料等电解质等离子体抛光工艺参数对锆基非晶合金表面粗糙度、晶化情况的影响,并利用正交试验进行参数组合优化,对比不同参数对于表面粗糙度的影响显著程度。最后针对抛光后废液污染的问题,探究并配套合适的废液处理方案。结果表明:影响抛光后材料表面质量因素的显著程度为抛光时间>工作电压>初始温度>硫酸铵浓度,最优抛光工艺参数组合为抛光时间8 min,工作电压220 V,初始温度88℃,硫酸铵浓度为5%,此时表面粗糙度为0.103μm。经化学混凝沉淀法和离子交换树脂法组合工艺处理后,出水废液中的重金属和氟离子浓度均能达国家电镀污染物排放标准。研究成果可为电解质等离子体抛光在锆基非晶合金的实际生产提供工艺指导,有助于推广锆基非晶合金结构件的产业化应用,促进锆基非晶合金的大规模工业生产。

基于Sablik-Preisach模型的非晶合金磁滞与磁致伸缩特性模拟方法

非晶铁芯具有优异的高频磁性能,但较电工钢等软磁材料具有更显著的磁致伸缩效应,在高频及谐波激励下的磁致伸缩特性较为复杂。该文基于内能最小原理,根据磁滞能量密度函数描述磁滞与磁致伸缩的耦合关系,并利用磁畴能量沿磁场方向贡献的总和表示无磁滞磁化强度,建立以磁滞效应为基础的Sablik模型。采用将基本磁化曲线线性分段的方法对涡流损耗的表达式进行修正,进而建立动态Preisach模型,引入铁磁材料的非线性本构关系,构造单频正弦激励下磁滞与磁致伸缩解析表达式,并提出相应参数辨识方法。在谐波激励下,基于线性叠加原理推导对应场量的表达式,并进一步提出谐波激励下非晶合金的磁滞与磁致伸缩特性模拟方法。最后,模拟了非晶合金材料分别在正弦和谐波激励下的磁滞回线与磁致伸缩回线,通过与测量结果及传统方法进行对比,结果表明所提方法在正弦和谐波激励下的损耗与磁致伸缩误差分别小于5%与10%,验证了所提方法的准确性和通用性。

基于多段带材卷绕的非晶合金立体卷铁心空载损耗研究

非晶合金闭口立体卷铁心采用多段非晶合金带材连续卷绕而成,由于每段非晶合金带材卷绕长度和宽度不同,损耗、片厚、叠片系数等参数存在差异,非晶合金铁心产品性能又受到生产工艺的影响,因此无法直接通过非晶合金带材性能控制非晶合金铁心的空载损耗大小,导致非晶合金铁心空载损耗性能离散度较大。本文提出基于非晶合金带材损耗性能估算非晶合金闭口立体卷铁心成品空载损耗值的方法,为从源头匹配到符合非晶合金铁心空载损耗性能需求的非晶合金带材提供了一种可行性方案。

激光增材制备Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)非晶合金的微观组织与力学性能研究

铜模铸造作为制备非晶合金的主流技术,是一种简单、易于操作、使用广泛的技术。由于尺寸大小的影响,限制了非晶合金的应用。激光增材制造作为一种新的制备非晶合金技术,可以突破尺寸的限制。本文利用激光增材制造技术制备了10mm×10mm×3mm的块体Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)非晶合金,对其微观组织和力学性能进行分析,与铸态的Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)非晶合金形成对比。研究结果表明,成形试样非晶率可以达到96.95%,存在少量晶体相,抗压强度为992 MPa,在力学性能上低于铸态的非晶合金,但为辅助铜模铸造制备非晶合金突破尺寸限制提供了一个新思路。

钆含量对Fe-B-Nb-Gd非晶合金磁学性能和氧化机制的影响规律

研究了Gd含量对(Fe_(73)B_(22)Nb_(5))_(100–x)Gd_(x)(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金非晶形成能力、热稳定性和磁学性能的影响规律,并对比分析了非晶氧化机制.通过添加Gd元素,合金的原子尺寸差超过13%,构型熵增大了30%,提升了合金的非晶形成能力.随着Gd含量的增大,过冷液相区范围达到73 K,热稳定性得到明显增强.Gd元素导致合金局部各向异性受到限制,准位错偶极子型缺陷密度降低.这有效减少了阻碍磁畴壁旋转的钉扎位点,提高合金软磁性能.此外,Gd元素使得非晶在氧化过程中对温度的变化更为敏感,达到最大氧化速率的温度降低了15 K,但是并未恶化其抗氧化性能.Gd原子受结合能影响向表层迁移,形成的富Gd氧化物填充了表层缺陷,占据了大量顶部空间,合金表面附近的结构更加致密.这种结构减少了氧原子通过微观组织界面进行扩散的通道,有助于增强抗氧化性能.

考虑磁滞效应的非晶合金-取向硅钢组合铁心双非线性励磁特性研究

非晶合金-取向硅钢组合铁心可以综合传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心的优势,在配电变压器领域具有广阔的应用前景。对含有2种非线性软磁材料的组合铁心励磁特性进行分析是实现其结构优化设计的前提。首先,建立组合铁心在开路励磁条件下的等效电路模型,并根据基尔霍夫第二定律列写其回路电压方程;其次,根据组合铁心的结构特点建立其等效双非线性磁路模型,并基于安培环路定律和磁通连续性原理列写其磁路方程;再次,根据导数变换将磁路方程耦合至回路电压方程中的电动势项,并采用Jiles-Atherton磁滞模型表征非晶合金和取向硅钢的非线性磁化特性,从而建立考虑磁滞效应的组合铁心双非线性电路-磁路耦合模型;最后,基于该耦合模型,求解组合铁心的励磁电流、磁通密度分布和空载损耗,通过与实测结果进行对比,验证所提方法的准确性。

非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其磁-振动特性分析

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣。采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势。该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量,提出一种基于自由参数扫描法的组合铁心结构设计方法。首先,根据非晶合金-取向硅钢组合铁心结构特点,建立组合铁心的等效双非线性磁路模型;其次,采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布,并制定组合铁心的结构设计流程;最后,根据结构设计结果制作了组合铁心的实验模型,采用实验和有限元仿真结合的方法分析了其磁-振动特性,验证了所提设计方法的准确性,并与传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心进行对比分析,阐述了组合铁心的优势。

表面改性对铁基非晶合金微波吸收性能的影响

目的旨在调节铁基非晶合金(IAA)粉体复合材料的微波吸收性能。方法先在铁基非晶合金粉体表面采用磁控溅射局部覆盖铝膜,再使用KH560硅烷偶联剂对粉体进行绝缘包覆。通过XRD、SEM和FT-IR分别对粉体进行材料表征,采用VSM和传输反射法分别测试样品的电磁性能。结果镀铝后铁基非晶合金粉体的复介电常数实部εʹ提高了56.1%,复介电常数虚部εʺ提高了132.4%。绝缘包覆后铁基非晶合金粉体的εʹ降低变为铁基非晶合金的32.6%,εʺ变为铁基非晶合金的25.1%。镀铝再包覆KH560的铁基非晶合金粉体的εʹ和εʺ则分别变为铁基非晶合金的43.5%和36.6%,其复介电常数实部和虚部比镀铝后的样品低,比单纯用KH560包覆后的样品高,显示出镀铝可补偿因KH560绝缘包覆而带来的介电损耗能力下降,有利于调节KH560绝缘包覆的粉体材料的电磁性能。结论对铁基非晶合金粉体的绝缘包覆,改善了相应材料的高频吸收性能,但牺牲了其低频吸收性能,为了弥补这个不足,提出在铁基非晶合金粉体表面局部覆盖铝膜,再进行绝缘包覆,期望在绝缘包覆后,粉体仍有较高的介电损耗能力,达到调节材料中低频电磁波吸收能力的目的。样品模拟反射率曲线显示,样品厚度在2~3 mm时,铁基非晶合金/Al/KH560样品最低峰对应频率低于铁基非晶合金/KH560的相应峰位,铁基非晶合金粉体表面镀铝可明显改善其复合材料的低频微波吸收特性。

激光表面处理对工业级锆基块体非晶合金塑性变形能力的影响

目的针对工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金受到原材料中杂质元素和制备环境中氧元素的影响,其本征塑性变形能力较差的问题,研究激光表面处理对工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金在压缩和拉伸条件下塑性变形能力的影响。方法采用低纯原料制备工业级母合金锭子,利用铜模铸造法在低真空环境下制备工业级非晶合金试样,采用激光法对试样进行表面处理,利用万能试验机对激光处理试样的压缩和拉伸力学性能进行测试。通过X射线衍射仪和电子探针对试样的微观组织结构进行表征,采用扫描电镜对力学测试失效后试样的形貌进行微尺度观察。结果经激光表面处理后影响区的深度约为150μm,在影响区内铜元素的含量有所降低,但依然为非晶结构。在压缩条件下,未经激光表面处理的工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金的塑性应变为0,断裂强度为1534 MPa。经过激光表面处理后,试样具有1%的塑性应变,屈服强度为1337 MPa,断裂强度为1562 MPa。在拉伸条件下,激光表面处理前后工业级块体非晶合金的塑性应变均为0,断裂强度也无明显变化,其平均值为1379 MPa。结论通过激光表面处理在工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金试样表面引起的成分变化和引入的残余应力状态,能够有效促使压缩载荷作用下剪切带的萌生,提高其压缩塑性变形能力。

Fe-Si-B非晶合金粉末的制备及吸波性能

采用正交试验法,利用硼氢化钠水溶液还原氯化亚铁和氟硅酸钠水溶液中的Fe和Si,制备出一种粒径为200~500 nm的球形粉末,采用X射线衍射仪、同步热分析仪、透射电子显微镜及选区电子衍射、X射线光电子能谱仪以及电感耦合等离子体光谱分析表明该粉末是成分为Fe87.6Si1.08B11.31的非晶态合金。利用矢量网络分析仪研究了该粉末的吸波性能,结果表明:该粉末在14.56 GHz处最小反射损耗为-44.8 dB,对应的匹配厚度为1.5 mm,有效带宽为6.16 GHz且为最大吸收带宽。对电磁波的损耗以磁损耗为主,介电损耗为辅,其中介电损耗以偶极极化为主,磁损耗以涡流损耗和自然共振为主。

铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展

铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景,综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。首先,介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系,目前铝基非晶主要分为3大体系:二元、三元和多元体系,以及综合性能和形成能力2大方面,多元体系表现更佳,并逐渐向更多元化发展;其次,系统介绍了铝基非晶合金的制备方法,包括粉末状、薄带状、块体样品的制备,相较于非晶薄带的制备,块体和粉状的制备方法较为丰富,而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料;随后,详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势,从性能上来看,铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好,目前主要以涂层的形式参与应用,除此之外,研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究,由于玻璃形成能力的限制,作为结构材料的应用较少;最后,对其未来应用前景进行了展望,认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。

Ti基块体非晶合金在酸性溶液中的腐蚀行为

研究Ti_(34.3)Zr_(31.5)Cu_(5)Ni_(5.5)Be_(23.7)块体非晶合金在不同浓度HCl和H_(2)SO_(4)溶液中的腐蚀行为。电化学测试与扫描电子显微镜分析发现,在极化过程中,Cl^(-)离子在HCl溶液中引发点蚀损伤,点蚀电位随溶液浓度的增大而降低,被腐蚀表面的损伤程度则与溶液浓度呈正相关。在H_(2)SO_(4)溶液中材料表面形成钝化膜,表现出良好的耐蚀性。X射线光电子能谱分析发现,随着HCl溶液浓度的增加,钝化膜的稳定性降低。通过浸泡实验得到4种材料的腐蚀速率。结果显示,Ti_(34.3)Zr_(31.5)Cu_(5)Ni_(5.5)Be_(23.7)块体非晶合金在HCl溶液中的耐腐蚀性能最好,其腐蚀速率为7.22×10^(-3) mm/a,约为316L不锈钢腐蚀速率的1/1294。

微细直写掩膜电解加工非晶合金平面微线圈工艺研究

针对掩膜电解加工工艺固化、流程复杂等问题,提出一种基于微细直写聚合物材料的图案化掩膜电解加工方法。对直写掩膜工艺应用于微细电解加工平面线圈工艺进行研究。采用单因素法获得了直写加工参数对掩膜的影响规律。采用正交实验获得了加工电压、阴极振动频率和占空比等工艺参数对成形精度的规律。建立了加工微结构尺寸的预测模型,利用优化的工艺参数在厚度30μm合金薄片上加工出宽度为300μm平面微线圈结构,通过网络分析仪对电流传感效应进行检测,获得了阻抗变化率为3.46%的响应。证明了直写掩膜应用于微细掩膜电解加工的可行性。

非晶合金纤维和钢纤维单/混掺增强混凝土开裂及断裂性能研究

为探索纤维混凝土抗裂性能,本文研究了不同类型纤维(平直型钢纤维、平直型非晶合金纤维、钢纤维+非晶合金纤维)和不同纤维体积掺量(1.0%,1.5%和2.0%)混凝土的早期开裂性能和硬化后的断裂性能。首先通过平板法试验并借助数字图像对混凝土的早期裂缝特征进行量化分析,评估了纤维混凝土的早期开裂性能;再通过带切口棱柱体试件的三点弯曲试验,基于双K断裂参数,分析并评估了混凝土硬化后的断裂性能。结果表明,钢纤维单掺和混掺纤维混凝土的早期抗裂性能最好;纤维掺量由1.0%增加至2.0%时,钢纤维、合金纤维和混掺纤维混凝土失稳韧度分别增加了58.9%、44.3%和55.5%,且掺量为2.0%的混掺混凝土断裂能是普通混凝土的11.8倍。钢纤维和非晶合金纤维可在混凝土硬化过程的不同时期发挥协同作用,两种纤维混掺不仅能阻止混凝土早期的塑性开裂,还可有效控制硬化后受拉裂缝的形成和发展,达到分阶段抗裂的目的。综合考虑混凝土的早期开裂性能、硬化后受拉性能以及断裂性能,体积掺量相同情况下混掺纤维混凝土整体性能更优。

冷却速率对La基非晶合金β弛豫行为和应力弛豫的影响

β弛豫行为及应力弛豫是探索非晶合金微观结构非均匀性的重要切入口.β弛豫行为及应力弛豫与非晶合金扩散、玻璃转变行为以及塑性变形等密切相关,探究它们之间关联有重要科学意义.本文以典型的La基非晶合金作为研究载体,系统地探究了通过不同冷却速率所得块体样品与条带样品的β弛豫特征及应力弛豫行为.结果表明,冷却速率是控制玻璃体系能量状态,进而影响其物理力学性能的重要参数.冷却速率越大,低温内耗更大,对应β弛豫激活能更小,β弛豫行为在温度谱中展宽更大,表明高冷却速率导致原子移动性更大,微观尺度结构非均匀程度更高.基于应力弛豫测量与分析,发现高冷却速率变形特征时间减小,归一化应力衰减幅度更大,在外加力场作用下更易变形,变形单元更易激活以容纳结构形变.本研究为进一步厘清非晶合金β弛豫、变形及微观结构非均匀性之间关联提供了思路.