CuYSi-Mg_(60)Cu_(30)Y_(10)块体非晶合金复合材料的晶化行为

采用差示扫描量热仪(DSC)在不同加热速率下研究Mg60Cu30Y10块体非晶合金及CuYSi-Mg60Cu30Y10复合材料,并利用Kissinger以及Doyle方法研究CuYSi颗粒生成后对块体非晶合金变温晶化行为的影响。结果表明:CuYSi颗粒生成后,复合材料的变温晶化行为依然具有动力学效应,但生成的CuYSi颗粒减小了复合材料玻璃转变行为对升温速率的依赖程度;同时,颗粒的生成增加了复合材料发生玻璃转变以及起始晶化时所需要克服的能量势垒,提高了材料的热稳定性;局域晶化激活能随着复合材料晶化体积分数的增加而减小。

Zr-Cu-Ni-Ta-Al块体非晶合金复合材料的合成及力学性能

采用电弧熔炼铜模铸造法制备了Ta晶体相增强的Zr基非晶合金复合材料。利用差示扫描量热仪(DSC),X射线衍(XRD)射仪,扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了Ta加入对(Zr0.65Cu0.175Ni0.175)90-xTaxAl10(x=0,4,6,8,10)(原子百分比)非晶复合材料非晶形成能力及力学性能的影响。结果表明,Ta的加入改变了合金的晶化行为,随着Ta含量的增加,合金的DSC曲线由单一晶化峰转变为多个晶化峰。加入10%Ta的块体非晶合金复合材料的基体固溶约4%的Ta。复合材料的塑性应变量达到3.2%,同时最大应力达到1855MPa,明显高于不含Ta合金。块状非晶合金复合材料中Ta晶体相的存在,阻止单一剪切带的扩展,诱发更多剪切带形成,从而提高了材料的抗压强度和塑性。

高应变速率下钨丝增强锆基块体非晶合金复合材料的变形行为

利用压力浸渗制备出钨丝增强Zr_(41．25)Ti_(13．75)Ni_(10)CU_(12．5)Be_(22．5)块体非晶合金复合材料,采用应变速率为1×10^(-4) s^(-1)的准静态压缩实验及应变速率为2×10~3s^(-1)的动态压缩实验的方法,研究了在动载荷作用下该复合材料的力学性能．结果表明,准静态压缩时,复合材料的强度约为1980 MPa,与单一块体非晶合金相比并无显著提高．而塑性提高约5倍,达到11．5%；动态压缩时,复合材料的最大抗压强度升至约2648 MPa,塑性则在1．8%—7．5%之间,复合材料的应变速率敏感指数为0．022．在准静态压缩下,复合材料的抗压强度受到残余热应力及钨丝失稳弯曲极限压应力的影响；在动态压缩下,除了热应力的影响外,还受到钨丝剪切断裂以及复合材料正弦型弯曲行为的影响．后两者使复合材料的抗压强度在动态加载条件下升高．

脱合金工艺对混杂增强非晶复合材料组织与性能的影响

基于金属熔体脱合金法制备了具有核壳混杂增强结构(核相为高熔点富Ta相,壳为B2-CuZr相)的[(Zr_(0.5)Cu_(0.5))_(92.5)Al_(7)Sn_(0.5)]_(0.95)Ta_(5)非晶复合材料,系统研究了不同脱合金工艺参数下非晶复合材料的显微组织及力学性能的演变规律。结果表明:脱合金温度和时间是控制富Ta相尺寸的关键参数。当反应温度过低或反应时间过短时,会造成富Ta相聚集、增强相分布不均匀;当反应温度过高或反应时间过长时,会导致富Ta相粗化。当脱合金反应时间为2 min、脱合金反应温度为1473 K时,非晶基体中富Ta相尺寸细小且弥散分布,并促进B2-CuZr相异质形核细化,得到了尺寸更细小、分布更均匀的核壳混杂增强结构。细小均匀的增强相可有效阻碍非晶基体中主剪切带的快速扩展,复合材料的力学性能得到大幅提高,断裂强度达到2439 MPa,塑性应变为11.6%。

法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响

为研究法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响,首先利用水冷铜模吸铸法制备了Fe基块体非晶复合材料;随后采用X射线衍射仪和显微硬度计分别对试样的物相组成和显微硬度进行表征;再通过往复摩擦磨损试验仪检测试样的摩擦磨损性能。结果表明:所制备的Fe基块体非晶复合材料内部同时存在晶体相和非晶相且非晶相占比为55.65%。此外相比于同种成分的传统晶态材料,Fe基块体非晶复合材料具有较高的硬度。随着载荷的逐渐增大,试样表面的磨损机制由最初的磨粒磨损和氧化磨损逐渐演变为磨粒、氧化以及疲劳3种磨损机制共存,磨损量进一步增加。

Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料的准静态压缩力学行为

通过对Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料进行准静态压缩试验,对其变形及断裂机理等展开研究,为该类材料的成分设计和工程应用提供基础。试件是由Ti基非晶合金与不同孔隙率的SiC陶瓷骨架复合所得,在不同应变速率下,对试样进行室温轴向准静态压缩性能测试,并观察试件的微观组织和断面特征。结果表明:SiC体积分数为85%的复合材料的准静态抗压强度达到2343 MPa,抗压强度随SiC含量增加而增加,在准静态加载的应变率范围内,复合材料及各相的强度对应变率不敏感,断裂特征为典型的脆性断裂;裂纹主要在SiC相和两相界面处扩展,Ti基非晶相对裂纹的扩展起到阻碍作用;SiC相对Ti基非晶相的约束诱发了Ti基非晶相中多重剪切带的形成,提高了材料复合的变形能力,而Ti基非晶相对SiC相的约束导致SiC相碎化严重,增强了复合材料的承载能力。

Ti基非晶合金及其SiC陶瓷骨架复合材料动态压缩力学行为研究

为了验证Ti基非晶合金和陶瓷两种材料三维连通网状结构的复合优势,制备出具有优良抗冲击性能的复合材料,本文采用铜模吸铸法制备了Ti基非晶合金,并用渗流铸造法制备出孔隙率分别为30.86%、18.14%和15.28%的Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料。采用X射线衍射仪对纯Ti基非晶合金以及SiC陶瓷骨架复合材料进行相分析,确认了试件材料的非晶状态;在不同应变速率下,用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对试样进行室温轴向动态压缩力学性能测试,并利用能谱型场发射扫描电镜(SEM)等设备观察了试件的微观组织和断面特征,对比分析了Ti基非晶合金和SiC陶瓷骨架复合材料的动态压缩力学性能和失效机理。研究表明,Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料内部的微裂纹最初萌生于应力集中的两相界面处,并在SiC相内部或两相界面处扩展,继续加载,SiC相失效后,Ti基非晶合金相在远超过其动态压缩强度的应力下迅速失效,复合材料整体失效。SiC相内的断裂形貌主要有微裂纹与解理台阶,Ti基非晶合金相内的断裂形貌有脉状花样、多重脊状条带、蜂窝状花样与光滑无特征区,其中以光滑无特征区为主。复合材料的抗压强度随SiC含量的增加而增加,SiC体积分数为85%的复合材料,其动态抗压强度达到1 664 MPa。

陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。

原位CuYSi颗粒增强块体镁基非晶合金复合材料的研究

用Mg-4%Si合金、纯Cu、纯Mg、Cu-38%Y合金经普通铜模铸造方法制备了一种原位颗粒增强Mg60Cu30Y10块体非晶合金复合材料。运用XRD以及EDS确定其颗粒为CuYSi相,采用SEM-EDS对颗粒的形貌、大小及成分进行了分析,并对Mg60Cu30Y10块体非晶合金复合材料的硬度及热稳定性进行了研究。结果表明,原位生成的CuYSi颗粒尺寸细小(10μm左右),形状规整并且均匀分布在非晶合金基体上;与Mg60Cu30Y10块体非晶合金相比,CuYSi颗粒的生成使得非晶合金复合材料的硬度增加102.5HV,ΔTx增加6.1K。

锆基非晶合金及其复合材料的非等温晶化动力学行为

非晶合金及其复合材料受热时容易发生晶化转变,这显著影响其力学性能。因此需要对非晶合金及其复合材料晶化动力学行为进行研究,明确材料应用环境,并对材料应用过程中的组织状态进行定量分析,这对材料工程应用具有重要意义。本文采用差示扫描量热法研究(Zr_(40.08)Ti_(13.30)Cu_(11.84)Ni_(10.07)Be_(24.71))_(99)Nb_(1)非晶合金及W/(Zr_(40.08)Ti_(13.30)Cu_(11.84)Ni_(10.07)Be_(24.71))_(99)Nb_(1),非晶复合材料的非等温晶化动力学行为。结果显示,随着加热速率的增大,锆基非晶合金及其复合材料的T_(g)、T_(x1)、T_(p1)、T_(x2)和T_(p2)均向高温方向移动、过冷液相区△T不断加宽,二者的晶化转变和玻璃化转变均具有明显的动力学效应。分别采用Kissinger方程和Ozawa方程计算锆基非晶合金及其复合材料的激活能,两种方法计算的激活能数值的变化规律一致,但Ozawa方程计算的激活能数值更大。通过对比锆基非晶合金及其复合材料的激活能数值,可以得出非晶复合材料的抗晶化能力更高、热稳定性更强,并且根据Avrami指数n(x)可以得出非晶合金及其复合材料的晶化过程均由三维扩散长大模式进行。

Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Fe块体非晶合金及非晶基纳米复合材料的形成及其性能

采用水淬法制备出了块状、高强度Ｚｒ－Ｔｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｂｅ－Ｆｅ非晶合金研究了铁原子组元对 Ｚｒ－Ｔｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｂｅ－Ｆｅ块体非晶形成能力、硬度、磁化率及其热稳定性的影响结果表明，当 Ｆｅ含量超过 １０％（原子分数）时。

块体镁基非晶合金及其复合材料研究的新进展

介绍了块体镁基非晶合金及其复合材料的最新研究进展,并简要分析和总结了镁基非晶合金在成分选择和玻璃形成能力(GFA)判据上的新成果,最后针对镁基非晶合金本身存在的问题提出了今后的研究方向建议。

非晶合金复合材料电火花线切割加工工艺研究

非晶合金复合材料兼具非晶合金和传统金属的特点,工程应用前景广阔,这类材料属于难加工材料,实现其零件的加工对工程应用具有重要意义。以两种非晶合金复合材料为研究对象开展电火花线切割单因素实验,研究脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲波形和功率管数对加工效果的影响,并针对工艺规律进行研究分析,以获得较好的切割效率和表面质量。此外,针对电火花线切割加工不同合金元素的电火花蚀除行为开展研究,发现母材中的Cu元素更容易被蚀除,而Ti、Zr元素相对难蚀除。

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。

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。

非晶合金薄膜的复合强韧化研究进展

随着电子行业向便携化、智能化、柔性化方向不断发展,非晶合金薄膜由于强度和硬度高、耐磨损及耐腐蚀性好、表面粗糙度低等诸多性能优势,在微纳机电系统、传感器和生物医学方面显示出巨大的应用潜力,成为国内外炙手可热的高新技术材料之一。然而,剪切局域化和应变软化导致的室温脆性是非晶合金薄膜的致命问题,严重制约着其在结构工程领域中的广泛应用。因此,非晶合金薄膜的强韧化设计是目前的研究热点和前沿课题。近年来,随着生产工业和研发技术不断进步,各种新型非晶合金薄膜材料不断涌现。特别地,复合化具有高度的设计性和可控性,在非晶合金薄膜的强韧化研究方面得到广泛关注。本文回顾了非晶合金复合薄膜的几种主要结构设计策略,围绕“微观结构-力学性能-强韧化机制”的本构关系,重点阐述了不同微观结构对非晶合金薄膜力学性能和变形机理的影响,并对该课题研究进程中所面临的主要问题和挑战进行了展望。

半固态等温热处理对Zr基非晶复合材料塑性变形机制的影响

通过添加不同体积分数的Nb,本工作设计了一系列Zr基非晶复合材料,主要研究了Nb含量对铸态、半固态非晶复合材料的微观组织及塑性性能的影响。结果表明:非晶复合材料塑性应变量随晶体相(β-Zr相)体积分数增加而呈现S型增强规律。半固态等温处理后的非晶复合材料塑性提升,但其塑性增长率随Nb含量增加而减小。当D C(当量直径)/X(平均自由程间距)≥0.65时,β-Zr相体积分数出现最小临界阈值35%,此时材料塑性开始迅速提升;D C/X≥1.5时,β-Zr相体积分数超过54%后,材料塑性保持稳定,进一步说明非晶复合材料塑性与β-Zr相体积分数有关。

钨纤维增强锆基块体非晶复合材料的黏弹性响应

基于均匀化理论建立了计算具有微观周期性结构的钨纤维增强锆基块体非晶复合材料的黏弹性力学模型;结合有限单元法在拉氏域中计算了该复合材料的等效松弛模量,用最小二乘法拟合得到用Prony级数表示的松弛模量;并进一步得到拉氏域中的蠕变柔量;然后进行拉氏逆变换,得到时间域内的等效复合模量和蠕变柔量;分析了钨纤维体积分数对复合材料等效黏弹性能的影响。结果表明,将均匀化理论与有限元方法相结合能有效地预测具有微观周期性结构的钨纤维增强锆基块体非晶复合材料的黏弹性能,进而有效地优化该类复合材料性能。

钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料及其塑性行为

采用渗流铸造法制备出了钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料,在压缩条件下复合材料表现出弹性-完全塑性的应力-应变行为,和未复合的大块非晶相比,总应变量提高600％以上.非晶复合材料塑性提高的原因是钨丝阻碍了非晶基体剪切带的滑移,诱发多个剪切带的产生,同时滑移的面积增大的结果.复合材料的破坏方式与钨丝体积分数有关,在体积分数小于40％时一般为剪切破坏,大于60％时为纵向劈裂破坏,介于（40-60）％之间时,在钨丝与界面结合良好的情况下,趋于剪切破坏,否则为劈裂的破坏方式.

钨丝增强块体非晶复合材料的研究进展

块体非晶合金在钨丝增强作用下,在保持高强度、高硬度的同时,可有效提高其密度并具有良好的自锐性,因此引起了国内外专家学者的广泛关注。本文综述了国内外钨丝增强块体非晶复合材料的制备方法、界面特性、力学性能及变形行为的研究现状,对今后的研究方向进行了展望。