基于CART模型的高铁灰渣玻璃形成能力研究

固化技术是极具前景的危废无害化与资源化处理技术,而高铁类危废灰渣铁含量高,易诱发玻璃体产物析晶或分相,这成为固化过程的难点之一。本文依据高铁类危废灰渣组成,采用极端顶点设计方法,设计了385个SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO-Na_(2)O-TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)体系玻璃配伍,并通过光学显微镜、X射线衍射及酸溶试验,确定其中136个配伍可形成化学稳定性良好的玻璃态样品。结合决策树(CART)模型分析,确定了具有优化玻璃形成能力的高铁类危废灰渣玻璃化配伍范围(按质量分数w计):40.0%≤w(SiO_(2))≤55.0%、10.0%≤w(CaO)<14.0%、14.0%≤w(Na_(2)O)≤18.0%、5.0%≤w(Other)<9.5%或35.0%≤w(SiO_(2))<40.0%、9.0%≤w(TiO_(2))≤10.0%、5.0%≤w(Other)<9.5%,为高铁类危废灰渣的玻璃化配伍提供了设计与计算依据。

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。

非晶合金结构演变影响玻璃形成能力的分子动力学研究

通过分子动力学方法模拟了Ti_(75)Al_(25)、Ni_(50)Zr_(50)和Cu_(50)Zr_(50)非晶合金的玻璃转变过程,得到并分析了平均原子体积和双体分布函数等结构参数,并应用Voronoi多面体指数分析法统计了玻璃转变过程中二十面体及类二十面体团簇的数量,通过分析团簇在玻璃转变过程中种类和数量的涨落趋势,研究了非晶原子由短程序连接至中程序再至长程无序的动力学演化过程.结果表明,非晶合金的玻璃形成能力以及塑性变形能力与动力学演化过程中Voronoi团簇的种类和数量密切相关.在玻璃转变过程中局部五次对称性高的团簇倾向于连接在一起形成链,从而密排整个空间,降低系统的动力学行为从而提高玻璃形成能力.塑性形变倾向于发生在局部五次对称性较低的区域.在玻璃转变温度附近团簇种类和数量的突变反映出非晶合金的自组织临界行为,蕴含着丰富的非线性动力学现象.

二十面体团簇的遗传:一个与快凝Cu_(56)Zr_(44)合金玻璃形成能力有关的动力学参数

采用分子动力学方法模拟研究了液态Cu_(56)Zr_(44)合金在不同冷速γ与压力P下的快速凝固过程,并通过基于Honeycutt-Andersen键型指数的扩展团簇类型指数法对其微结构演变特性进行了分析.结果表明:快凝玻璃合金的局域原子组态主要是(12 12/1551)规则二十面体、以及(12 8/1551 2/1541 2/1431)与(12 2/14418/1551 2/1661)缺陷二十面体.通过原子轨迹的逆向跟踪分析发现:从过冷液体中遗传下来的二十面体对快凝合金的玻璃形成能力(GFA)具有重要影响,不仅其可遗传分数F_i=N^i_(300 K←T_g/N_(T_(g)))与GFA密切相关,而且其遗传起始温度(T_(onset))与合金约化玻璃转变温度T_(rg)=T_g/T_m也存在很好的对应关系.

Sn对ZrTiNiCuAl非晶合金玻璃形成能力的影响

研究了固溶元素Sn掺杂对Zr52 .5Ti5Ni14 .6Cu17.9Al10 非晶合金玻璃形成能力 (GFA)的影响。结果发现 ,掺杂不同含量的Sn会使玻璃化温度Tg,晶化温度Tx 不同程度地向高温移动 ,但对合金熔化温度Tm 影响不大。当Sn的摩尔分数为1.86 %时 ,合金玻璃化温度Tg提高了 17℃ ,晶化温度Tx 提高了 36℃ ,从而使ΔTx 提高了 19℃ ,玻璃化温度与合金熔点温度的比值Trg由 0 .6 3提高到 0 .6 5。分析了Sn元素对Tg,Tx

稀土Gd掺杂对锆基块体非晶合金玻璃形成能力及力学性能的影响

适量的Gd掺杂可提高Zr_(50.7)Cu_(28)Ni_9Al_(12.3)块体非晶合金的玻璃形成能力,当Gd元素掺杂量(原子分数)为1%时,即(Zr_(50.7)Cu_(28)Ni_9Al_(12.3))_(99)Gd_1,柱状非晶合金直径可达16 mm(不掺杂时为14 mm).稀土Gd掺杂降低了锆基块体非晶合金的断裂强度与塑性变形能力.随着Gd含量的增加,其断裂方式由单一的剪切断裂转变为剪切断裂与破碎断裂的复合形式,且含Gd元素掺杂的非晶合金断口呈现了脉状纹络与纳米周期性条纹共存的特征.

添加Co对Mg_(65)Cu_(25)Y_(10)合金玻璃形成能力的影响

采用熔体铜模浇铸制备出具有不同厚度的Mg65Cu25-xCoxY10（X=2.5;5,7.5）合金薄板试样.利用X射线衍射确定铸态样品的非晶态性质,示差扫描量热计（DSC）分析合金的玻璃转变、晶化和熔化行为.在Mg65Cu25-xCoxY10合金中x小于5时,Co的添加对玻璃形成能力没有明显的影响,玻璃形成的临界厚度大约为2mm;但当x增加至7.5时,合金的玻璃形成能力明显下降.与无Co的合金相比较,含Co金属玻璃的玻璃转变温度Tg降低,过冷液态温度区间△Tx减小,但约化玻璃转变温度Trg没有明显的变化.

Fe-Co-Ni-Zr-Mo-W-B块体非晶合金的玻璃形成能力与热稳定性

采用铜模铸造法,可以制备出直径为3 mm的非晶圆柱棒。结合差热分析、X射线衍射和透射电镜分析测试结果,从动力学和结构学等方面阐述了Ni元素对Fe58Co10-xNixZr10Mo5W2B15(x=0,3,4,5,6,摩尔分数,%)合金系玻璃形成能力和热稳定性的影响。结果表明:Ni元素含量的微量变化可以明显改善Fe58Co10-xNixZr10-Mo5W2B15(x=0,3,4,5,6)合金系的玻璃形成能力;当Ni含量达到4%时,Fe58Co6Ni4Zr10Mo5W2B15具有最佳的玻璃形成能力,晶化温度(Tx)、玻璃转变温度(Tg)、过冷液相区宽度(ΔTx)、玻璃形成能力判据Trg和γ分别为887 K、957 K、70 K、0.590 2和0.400 4。

Al-Y-Fe合金玻璃形成能力及其热稳定性

为了分析Al-Y-Fe三元合金的玻璃形成能力和热稳定性,采用熔体急冷法制备了Al(100-2x)YxFex(其中x=3,4,5,6,7,8,9)、Al89Y5Fe6、Al88Y5Fe7和Al87Y5Fe8合金条带.利用x-射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM)表征了急冷态和部分晶化后条带的结构,运用示差扫描量热仪(DSC)分析了合金的玻璃转变和晶化行为.结果表明,Al88Y6Fe6、Al84Y7Fe7、Al89Y5Fe6和Al88Y5Fe7可以形成完全非晶合金;Al88Y5Fe7非晶合金280℃等温退火30 min析出纳米尺寸Al晶体,370℃等温退火30 min Al晶体发生进一步长大并有金属间化合物析出.

FeCoBSiNb(Y)合金的玻璃形成能力及磁性能研究

采用铜模真空吸铸法、X射线衍射仪(XRD)、示差扫描量热分析仪(DSC)及振动样品磁强计(VSM),研究稀土元素Y及Fe/Co比例变化对Fe-CoBSiNb(Y)系合金的玻璃形成能力、热稳定性及磁性能影响。实验结果表明,添加4%(原子分数)的Y有利于(Fe0.5Co0.5)72B19.2Si4.8Nb4合金玻璃形成能力的提高;随着Fe/Co比例的增加,(FexCo1-x)72B19.2Si4.8Nb4和[(Fe1-xCox)0.72B0.192Si0.048Nb0.04]96Y4合金系的过冷液相区(ΔTx)减小,玻璃形成能力下降,但饱和磁化强度均逐渐增大;添加稀土元素Y后,[(Fe1-xCox)0.72B0.192Si0.048Nb0.04]96Y4非晶合金的饱和磁化强度均有一定程度的下降。

Mg_(65)Cu_(25)Y_(10-x)La_x块体非晶合金的玻璃形成能力

传统的非晶合金多为粉末或者薄带,这样就大大限制了非晶合金的许多优异性能的发挥以及在工业中的应用,因此研究开发块体非晶合金有重要的理论与应用价值.用真空吹铸法制备了直径2mm的Mg65Cu25Y10-xLax(x=0、0.35、1、2)块体非晶合金棒,采用X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)分别对非晶合金的结构和形成能力进行了研究.研究结果表明,x=2时,合金具有最高的玻璃形成能力(Trg=0.5872);当x=0.35时,也就是当原子半径参数λ=0.18时,不但没得到共晶点的成分,反而其玻璃形成能力比Mg65Cu25Y10还差;当x=3、4时,此时在非晶基体中已经出现晶体相,说明其玻璃形成能力显著降低.

Cu和Ni对铁基合金玻璃形成能力及热稳定性的影响

利用X射线衍射(XRD)和差热分析(DSC)方法研究了Cu和Ni元素对Fe-(Al,Ga)-(P,C,Si,B)系合金非晶形成能力及热稳定性的影响。结果表明,含有少量Cu(小于2%,摩尔分数)的合金仍保持非晶态。由于Fe-Cu、Cu-Al之间的复杂作用影响了合金玻璃形成能力,使Al/Cu比值成为重要因素。而Ni含量小于4%(摩尔分数)时,则有利于合金的玻璃形成能力的提高和热稳定性的增加。

Nd对块体Mg-Cu-Y-Nd非晶合金玻璃形成能力的影响

在非真空熔炼条件下采用工业纯原材料和负压铜模吸铸法制备Mg65Cu25Y10-xNdx(x=0,2,4,6,8,10)棒状试样,利用差示扫描量热(DSC)和X射线衍射(XRD)等方法分析Nd对Mg-Cu-Y-Nd非晶合金玻璃形成能力的影响。结果表明:Nd的含量(x)为0,4,6成分的合金试样具有完全非晶态组织,且x=4时具有最大的玻璃形成能力,其约化玻璃转变温度(Trg)为0.592,过冷液相区宽度(ΔTx)高达66 K;当x为2,8,10时,由于合金成分明显偏离共晶成分,玻璃形成能力降低,试样只含有少量非晶,且主要呈晶体组织特征。

P2O5-B2O3-V2O5无铅低熔玻璃形成能力和结构

以取代用作封接玻璃和电子浆料粘接相含铅低熔玻璃为目的,实验研究了P2O5-B2O3-V2O5体系玻璃的形成能力,结构和低熔性能。P2O5-B2O3-V2O5体系中,组成在B2O35%～30%、V2O50%～45%、P2O55%～50%(物质的量浓度,下同)区域内的玻璃具有较强的玻璃形成能力,较低的转变温度、良好的重熔流动性和抗析晶性能。优选玻璃组成为:15P2O5-35V2O5-25B2O3-3SiO2-2Al2O3-10ZnO-5SnO-7BaO-3Bi2O3,玻璃转变温度为308℃,在450℃玻璃细粉重熔熔体流动性好,适合用作在450～500℃烧结的封接玻璃和电子浆料的粘接相。红外光谱分析表明:玻璃结构是由大量孤立的[PO4]、[BO3]、[VO2]和[VO3]基团形成的层状结构,在层与层之间有少量的诸如B-O-B、P-O-P、P-O-V、P-O-B等桥氧键连接。

微量稀土Dy及Fe/Co比例对FeCoBSiNb块体非晶合金玻璃形成能力和磁性能的影响

采用铜模吸铸工艺成功制备了一系列的[(Fe_xCo_(1-x))_(0.72)B_(0.192)Si_(0.048)Nb_(0.04)]_(100-y)Dy_y(x=0.5,0.6,0.7,0.8,0.9;y= 0,1,2,3)块体非晶合金,并采用X射线衍射仪(XRD)、示差扫描量热分析仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)测试块体非晶合金的结构、热稳定性和软磁性能;分析了稀土元素Dy以及不同Fe/Co比例对FeCoBSiNb系合金玻璃形成能力(GFA)、热稳定性及磁性能的影响。结果表明:添加2at%的Dy后,合金的非晶形成能力提高,可制备出φ3mm的[(Fe_(0.5)Co_(0.5))_(0.72)B_(0.192)Si_(0.048)Nb_(0.04)]_(98)Dy_2非晶合金棒,但合金饱和磁化强度(M_s)下降;[(Fe_xCo_(1-x))_(0.72)B_(0.192)Si_(0.04)8Nb_(0.04)]_(98)Dy_2非晶合金随Fe/Co比例从5∶5增加至8∶2时,均能形成φ2 mm的非晶棒,但合金的非晶形成能力呈下降趋势,而其饱和磁化强度随铁含量的增大而提高。

块体(Zr_(0.6)Cu_(0.2)Ni_(0.1)Al_(0.1))_(100-x)Ti_x非晶合金熔体玻璃形成能力

以合金元素掺杂法考察了Ti质量分数对(Zr0 6Cu0 2Ni0 1Al0 1)100-xTix(x=1 5,3,…,7 5)块体非晶合金玻璃形成能力的影响.结果发现,随着Ti质量分数的增加,非晶合金的过冷液相区温差ΔTx逐渐减小,而约化玻璃温度Trg逐渐增加,对应的楔形试样中非晶区的最大厚度(dm)逐渐增加,表明Ti的加入可以明显的提高非晶形成能力.在Ti含量为6%时(对应成分:Zr56 4Cu18 8Ni9 4Al9 4Ti6)合金具有最好的玻璃形成能力.以上结果预示着Zr56 4Cu18 8Ni9 4Al9 4Ti6合金具有良好的玻璃形成能力.

微量组分Ni对Cu_(50)Zr_(42)Al_8块状非晶的玻璃形成能力、热稳定性及耐腐蚀性能的影响

通过对块状非晶(Cu_(50)Zr_(42)Al_8)_(100-x)Ni_x(x=0,1,2,3,4)进行X射线衍射(XRD)和差分扫描量热(DSC)的测试分析,并利用减重法测试(Cu_(50)Zr_(42)Al_8)_(99)Ni_1和Cu_(50)Zr_(42)Al_8非晶合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,研究添加微量元素Ni对Cu_(50)Zr_(42)Al_8块状非晶的玻璃形成能力、热稳定性及耐腐蚀性能的影响。结果表明:当Ni含量由x=0增加到x=1时,试样均为完全非晶结构,热稳定性增强,但玻璃形成能力有所降低。随着Ni含量的进一步增加,出现了非晶和晶体的复合体。失重测试表明,含微量Ni后Cu基块状非晶的耐腐蚀性能增强。

微量元素对Cu-Zr-Al块体金属玻璃形成能力及力学性能的影响

研究微量元素Ag、Ti、Ga、Ni和Sn对Cu55Zr38Al7铜基块体金属玻璃形成能力及力学性能的影响。结果表明:添加2%(摩尔分数)的Ag、Ti或Ga均可以提高Cu55Zr38Al7合金的玻璃形成能力;用6%的Ag替代Cu,玻璃棒的临界直径可从2 mm增加到4 mm;因此,替代化学性质相似的元素或者扩大合金系的原子尺寸范围对提高玻璃形成能力具有显著的效果;然而,添加微量元素均不同程度地降低Cu-Zr-Al金属玻璃的硬度。断口表面形貌显示;微量相似元素替代影响基体在压缩过程中剪切带的繁殖;在微量元素替代的伪四元铜基块体金属玻璃中,2%Ti和2%Ag替代可分别获得最大压缩强度2 163 MPa和最大压缩应变8.7%。因此,通过添加微量元素可以调谐金属玻璃的玻璃形成能力和力学性能。

Y和Tb对Mg_(65)Cu_(25)Y_(10-x)Tb_x块体非晶合金玻璃形成能力的影响

用真空吹铸法制备了直径为2mm的Mg65Cu25Y10-xTbx(x=0,2,4,6,8,10)块体非晶合金棒,采用X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DTA)分别对非晶合金的结构和形成能力进行了研究。结果表明:Mg65Cu25Y10-xTbx合金均能形成非晶合金;随着合金元素Tb含量的增加其玻璃形成能力逐渐增强,当x=8时,合金的玻璃形成能力最强,随后当x=10时,有所下降。通过对Mg65Cu25Y10-xTbx合金系的电负性差与原子尺寸参数的计算,合理地解释了产生这一现象的原因可能是由于Mg65Cu25Y10-xTbx合金的电负性差的变化所引起的;当x=6,8时,合金的玻璃形成能力较强,DTA图显示其成分可能属于共晶点成分,同时通过计算得出此两种非晶合金的λ值与由原子团族模型推导出的λ=0.18相差较大。

四元Cu-Ti-Ni-Zr合金玻璃形成能力与力学性能

采用"二元共晶混合"法设计富Cu基Cu-Ti-Ni-Zr合金成分,通过水冷铜模铸造法制备出不同直径Cu-Ti-Ni-Zr合金棒材。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究合金的玻璃形成能力和力学性能。结果表明,Cu_(49.64)Ti_(35.08)Ni_(7.69)Zr_(7.6)合金具有较高玻璃形成能力,其临界直径可达4 mm;而表征玻璃形成能力的热力学参数过冷液相区ΔTx和参数γ值最小,分别为26 K和0.385;另外,约化玻璃转变温度Trg值却与临界直径小于3 mm的Cu_(51.1)Ti_(34.1)Ni_(7.2)Zr_(7.6)合金的Trg值相等。通过对合金力学性能进行研究,结果表明,Cu_(49.64)Ti_(35.08)Ni_(7.69)Zr_(7.6)和Cu_(51.1)Ti_(34.1)Ni_(7.2)Zr_(7.6)非晶合金分别具有0.75%和0.28%的塑性,而Cu_(48.18)Ti_(36.06)Ni_(8.16)Zr_(7.6)非晶合金断裂机制近似为脆性断裂。通过锯齿流变应力降分析,发现剪切带稳定扩展应力降大于剪切带萌生或缓慢扩展时应力降,且塑性较好的剪切带萌生应力降约大于近似脆性材料剪切带萌生应力降,而剪切带萌生应力降小于5 MPa。