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。

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。

微量氮元素添加对Zr基非晶合金力学性能影响的研究

采用铜模吸铸法,成功地制备了直径3 mm的(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)非晶合金棒材。利用氮氧分析仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜等手段,系统地研究了氮含量对(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)非晶合金的力学性能的影响。同时,对氮元素添加时非晶合金体系的剪切带与断口形貌进行了分析讨论。结果表明:不同氮含量的(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)合金中,氮含量(原子百分数)分别为0.08%、0.49%、1.18%、1.48%、1.73%;在添加微量氮元素前后,块体合金(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)均呈现完全非晶结构;原始Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金的显微硬度值为478.62 HV,添加氮元素后显微硬度随氮含量增加而递增,显微硬度最高为519.16 HV;添加氮元素前,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的抗压强度为1738 MPa、塑性形变量为2.1%;当x=0.5时,抗压强度降至1719 MPa、塑性形变量降至1.0%;当x≥1.0时,抗压强度持续下降且塑性较差。

激光熔覆Fe基非晶合金涂层的研究现状

近年来,随着激光高速熔覆技术的发展,所制备的Fe基非晶合金表面涂层具有制作工艺简便、玻璃形成能力高等特点,且该合金涂层具有优越的力学性能和耐腐蚀性能。本文旨在研究国内外激光熔覆Fe基非晶合金涂层最新的研究进展。总结了最新的制备方法,这些新方法不仅提升了传统激光熔覆材料的性能,还改善了表面涂层产生脆性而带来的裂纹和空隙。最后做以讨论和展望,为研究Fe基非晶涂层的制备工艺以及耐腐蚀、耐磨损等性能的发展提供了研究基础。

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。

铸造工艺参数对Zr基非晶合金充型能力的影响

液态金属的流动性是影响其充型能力的主要因素之一,采用U形铜模研究了不同工艺参数对Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)和Zr_(61)Ti_(20)Cu_(25)Al_(12)合金充型能力以及非晶形成能力的影响。结果表明:随吸铸功率和吸铸压力的升高,两种合金熔体的流动长度增加,充型能力逐渐增强。Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)在吸铸功率8 k W,吸铸压力0.02 MPa,Zr_(61)Ti_(20)Cu_(25)Al_(12)在吸铸功率7 k W、吸铸压力0.03 MPa时,充型能力强。采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)分析结果表明不同铸造参数下的试样均为非晶态结构,且适当提高吸铸功率,有助于提升铸造合金非晶形成能力(GFA)。

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。

基于激光闪射法测量Zr基非晶合金的导热系数

激光闪射法是目前较普遍采用的测量材料导热系数的方法,介绍了激光闪射法测量热扩散系数与导热系数的原理,通过NETZSCH LFA467 HT HyperFlash型激光法导热仪,采用不同标准样品参比在不同温度下对Zr基非晶合金热扩散系数和导热系数进行了研究。结果表明:在相同标准样品参比下,Zr基非晶合金的热扩散系数随着温度升高逐渐增大;同一温度下,在不同标准样品参比下Zr基非晶合金的热扩散系数相同;在相同的温度下,Cu标准样品参比下Zr基非晶合金导热系数值最小,9606标准样品参比下导热系数值最高,310标准样品参比下导热系数值介于两者之间;在相同标准样品参比下,Zr基非晶合金的导热系数值随着温度的升高逐渐增大;选用Cu标准样品作为参比样品测量Zr基非晶合金导热系数更精确。

Cu元素添加对Fe基非晶合金结构-性能影响的研究进展

非晶合金(metallic glass, MG)因其独特的短程有序、长程无序结构,具有许多优异的物理和化学特性。其中,Fe基非晶合金(Fe-based metallic glass, Fe-MG)由于优异的磁性能、力学性能、耐腐蚀性能,及其原材料成本低等优势,显示出巨大的应用前景和研究价值。近年来,研究者们致力于通过合金成分设计调控Fe-MG的结构,进而改变材料的变形行为与性能特征。研究发现,Cu元素的添加可以显著影响FeMG的理化性质和力学性能。通过深入分析Cu元素对传统Fe-MG、纳米晶合金和高熵MG结构和性能的不同影响,探讨Cu元素的添加对MG的弛豫行为、晶化行为、熔化和凝固行为、玻璃转变行为、玻璃形成能力、机械性能、磁性能与其他性能的作用机制,发现Cu元素的添加能够促进Fe-MG基体中α-Fe团簇的析出,从而改变材料的变形行为与性能特征。研究结果表明:有望通过成分设计来调控MG的变形行为,进而为实现性能优化提供理论指导和实验参考。

锆基非晶合金与不锈钢激光焊接的接头特性

为了优化非晶合金与晶体金属的激光焊接工艺,运用最大平均功率300 W脉冲红外激光焊接锆基非晶合金Zr_(57)Nb_(5)Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10)与440、304、17-4PH不锈钢。采用材料分析手段和力学测试方法对实验焊接接头的材料微观组织、成分组成以及力学性能进行了表征,取得了合适的激光偏移量焊接工艺参数、焊接接头微观组织特性数据及其力学性能数据。结果表明,激光焦点往不锈钢侧偏移0.2 mm~0.3 mm可以使焊接熔化均匀并有效提高抗弯强度,通过合适的焊接工艺使非晶合金与17-4PH接头抗弯强度达339 MPa;非晶合金与3种不锈钢的激光焊接接头主要分为熔化混合区与热影响区,熔化混合区中发现了呈树枝状与颗粒状的结晶组织,焊后通过低温退火可使抗弯强度提升14%~48%。此研究结果对扩大锆基非晶合金在各个领域的应用具有指导意义。

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基非晶合金破片冲击破碎反应机制研究

为研究Zr基非晶合金破片的冲击破碎反应机制,进行了准密封箱冲击超压实验,测试了破片的碎片粒度,分析了碎片尺寸分布关系,并对不同粒径尺度的碎片进行了X射线衍射分析。实验结果表明,材料在冲击加载下的反应程度随着撞击速度的升高而增大;碎片分布符合分段式幂次律分布规律;材料冲击诱发的化学反应主要为Zr元素与空气中氧气的燃烧,其主要反应产物为ZrO_(2)。基于冲击升温-碎片分布-碎片燃烧的冲击破碎反应理论模型能较好地解释冲击作用下Zr基非晶合金破片的反应规律,理论计算与实验结果吻合度较高。

Fe基非晶合金涂层的研究进展

介绍了Fe基非晶合金涂层的制备特征以及工艺参数、添加元素及热处理对涂层组织与性能的影响,并指出Fe基非晶合金涂层存在的问题和发展方向。

锆基非晶合金的研究进展与应用

概括了锆基非晶系的各种体系 ,介绍了制备锆基非晶的各种方法 ,综述了锆基非晶的力学性能、物理性能及抗腐蚀性能。分析了锆基非晶在晶化过程中的热稳定性和动力学 ,以及晶化过程中的纳米晶、准晶与组织、结构的变化 ,并对锆基非晶合金的应用进行了评述。

Fe基非晶合金涂层的等离子喷涂制备工艺研究

一种 Fe基非晶合金粉末 (含 Si,B,Cr,Ni等 )被用于大气等离子喷涂试验 ,结果表明 ,采用等离子喷涂工艺成功地制备出了一种高非晶含量的 Fe基非晶合金涂层 ,涂层各区域的组织均匀一致 ,涂层由变形良好的带状粒子相互搭接堆积而成 ,涂层致密度高 ,孔隙率低 ,氧化物含量较少 ,并具有很高的硬度 ,显微硬度在 5 30～ 790 Hv0 .1范围内 ,涂层与基材结合良好 ,结合强度可达 2 7MPa以上 。

Fe基非晶合金的恒导磁性能研究

研究了Fe基非晶合金在不同热处理工艺条件下的恒导磁性能。结果表明,通过简单的横向磁场热处理工艺,可将具有高饱和磁感应强度的Fe基非晶合金制成无间隙的恒导磁磁芯,并且具有良好的综合磁特性。合金在350℃处理时,恒磁范围达到400A/m,磁导率约为3.14×10-3T.m/A,随保温时间的延长,恒磁场范围提高到600A/m以上,但磁导率降低,约为1.25×10-3T.m/A。在晶化温度以下,提高横向磁场热处理温度有利于提高材料的恒导磁性能。

高频燃烧-红外吸收法测定锆基非晶合金中碳、硫

锆基非晶合金的应用极为广泛,常被用在穿甲弹、电子产品外壳、医疗器械、空间工程材料、体育休闲用品等领域。强度高、模量低是锆基非晶合金不容置疑的优点,但塑性的制约使得锆基非晶合金的应用受到限制。添加合金元素可以提高体系塑性,增强耐腐蚀的性能,改善力学性能[1-4]。研究表明,随着碳的加入量的递增,Zr-Nb-Cu-Fe系非晶合金的晶化过程会有显著影响;碳的添加会提高Zr-Cu基合金的电阻率[5]。硫在锆基非晶合金中是一种有害元素,一般以MnS和FeS的形式存在,会降低其塑性、韧性和延展性。因此,准确测定碳、硫元素的含量在非晶合金的研制过程中至为关键,严格控制碳、硫含量也成为了冶金、铸造、检测等领域的重要工作。

Fe基非晶合金涂层的微结构与性能研究

利用超音速火焰喷涂（HVOF）技术，在Cr18Ni9Ti不锈钢基体上成功制备了Fe基非晶合金涂层．并对涂层的微观组织结构、热稳定性和耐腐蚀性能等进行了研究．结果表明，涂层具有较高的非晶相含量，呈典型的层状分布，组织均匀致密；在非晶基体相中弥散分布有少量团簇状和枝晶状的α—Fe固溶体析出相，其晶粒尺寸约为50～500nm涂层具有较高的热稳定性，在879K以下使用不会发生晶化过程；涂层在质量分数为3．5％NaCl水溶液中存在明显的钝化现象，有较宽的钝化区间和较高的过钝化电位，呈现出优异的抗氯离字点蚀能力．

钨丝/锆基非晶合金复合材料的动态力学特性

研究不同体积分数的 W丝 / Zr基非晶合金复合材料的应力 -应变响应和动态断裂特征以及断口形貌 .利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜 (SEM)以及 X射线衍射 (XRD) ,对圆柱形复合材料试样进行了相关研究 .研究结果表明 :Zr基非晶合金复合材料具有很高的动态压缩强度 ,随着 W丝体积分数的增加 ,材料的动态压缩强度也增加 ,当 W丝体积分数达到 6 0 %时 ,复合材料动态压缩强度达到 2 6 5 0 MPa;断裂表面呈现剪切与 W丝劈裂、屈曲混合破坏模式 ;

镍基非晶合金涂层的制备与腐蚀性能

用气体雾化法制备了Ni53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3非晶合金粉末,将粒度小于25μm的非晶粉末用动力金属喷涂工艺制备了非晶涂层．研究表明,非晶涂层厚度约500μm,涂层的空隙率随喷涂温度和沉积率的增加而减少．涂层腐蚀性能的评价选用1 kmol／m3HCl水溶液,动电位极化曲线测量表明,随着空隙率的减少,涂层呈现出与非晶合金相当的优良耐蚀性能．