非晶锆微弧氧化配方设计及涂层性能研究

通过设计非晶锆微弧氧化电解液配方,研究电解液对涂层形貌及性能的影响。利用SEM和XRD表征涂层的表面形貌和相组成;采用显微硬度计及摩擦磨损试验机评价涂层的硬度和耐磨性能。结果表明:利用微弧氧化的方法可在非晶锆表面形成陶瓷涂层,涂层能够显著提高非晶锆的表面硬度、降低摩擦系数、增强耐磨性能。最优电解液配方为Na_(4)P_(2)O_(7)(10 g/L),KOH(40 g/L)、KF(5 g/L)、Na_(2)SiO_(3)(45 g/L),E7涂层硬度达到794 HV0.1,为非晶锆基体硬度的1.7倍;涂层的摩擦系数为0.18,与非晶锆基体相比,摩擦系数降低了0.42,涂层的耐磨性更优。

块状非晶锆合金弹丸侵彻装甲性能研究

利用在非晶中生成第二相粒子和使非晶中含有微晶与纳米晶的方法使非晶合金具有不同的性能 ,对这些材料进行静态、动态压缩实验和侵彻钢、铝板实验后发现 ,Be和非晶合金中的第二相粒子可以提高非晶合金的静态抗压强度和动态压缩强度 ,并使非晶材料具有正应变率效应 ,提高非晶材料的侵彻钢和铝靶板的能力。

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。

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。

导电银浆添加用纳米晶/非晶复合铜锆银粉的惰性气体冷凝法制备

导电银浆是一种重要的电子材料,可以提高电子器件的连接和传输效率,广泛应用于太阳能和电子工业领域。目前导电银浆的制作流程繁琐,通常使用纳米银等成本较高的填料以保证良好的导电性。本研究采用惰性气体冷凝(inert gas condensation, IGC)法制备了纳米晶/非晶复合铜锆银(Cu-Zr-Ag)粉,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)等方式对其微观结构和形貌进行了表征,并将其作为导电填料制备了导电银浆,测量了含有不同复合Cu-Zr-Ag粉添加量的导电银浆高温烧结后样品的导电性。结果表明:通过IGC法制备的纳米晶/非晶复合Cu-Zr-Ag粉尺寸分布均匀,平均尺寸约为35 nm;纳米晶/非晶复合Cu-Zr-Ag粉添加量为0.5%~1.5%的导电银浆导电性得到优化,其中,纳米粉的添加量为1%时,方阻最低,达到5.63 mΩ/□。

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。

钨丝/锆基非晶复合材料研究进展

钨丝/锆基非晶复合材料作为近20年新出现的穿甲工程材料,是一种极有可能替代具有放射性危害的贫铀合金和穿甲威力稍差的钨合金的新兴材料。自从钨丝/锆基非晶复合材料被制备出来以后,各学者先后对材料中钨丝和锆基非晶合金之间的界面接触强度、钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的参数、环境温度、应变率、仿真计算以及穿甲应用等方面进行了研究。研究表明,制备过程中保温温度,钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的排布方式、体积分数、直径,环境温度,应变率等因素都能对钨丝/锆基非晶复合材料的性能产生影响;随着计算机技术的发展,钨丝/锆基非晶复合材料的有限元仿真计算已经从等效模型发展到准细观建模,能够模拟其动静态压缩过程、侵彻过程,仿真结果和试验结果基本吻合;在应用方面,试验研究验证了钨丝/锆基非晶复合材料弹芯在侵彻过程中的"自锐"性能。文章概述了钨丝/锆基非晶复合材料在上述领域的研究进展并展望了该材料的发展方向。

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.

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。

氢对锆基块体非晶合金形变和开裂的影响

通过充氢和未充氢缺口拉伸试样和三点弯曲试样在SEM下的原位加载,研究了氢对Zr65Al7.5Ni10Cu17．5块体非晶合金形变和开裂过程的影响．结果表明,无论是否有氢,块体非晶的剪切带发展到临界尺寸,剪切裂纹就沿剪切带形核、扩展,它一旦张开就导致快速的断裂．断口边缘观察到的无特征区是剪切带,而不是剪切裂纹断口;剪切断口形貌和拉伸断口形貌没有本质区别．只有当长时间充氢才能形成氢鼓泡,如鼓泡很小或尚未形成,则氢对剪切带以及裂纹的形核、扩展没有明显影响;如存在较大的氢鼓泡,则当剪切带尚未充分发展时微裂纹就形核,导致低应力脆断．

锆基非晶合金与金属纤维网的复合工艺研究

采用压差铜模吸铸法在水冷铜坩埚中成功制备了铜网、不锈钢网与锆基非晶合金复合的新材料,采用X射线衍射及金相试验对其结构进行了表征,通过准静态力学性能试验对样品的力学性能进行了研究,并对准静态力学性能试验产生的压缩断口进行了扫描分析。结果表明,在不同吸铸功率下制备的样品中,吸铸功率为8 kW时材料的综合力学性能最好,其压缩极限强度达到1 542 MPa,弹性应变为2.9%,塑性应变为10.6%,其断口扫描图中出现的与塑性相关的脉状纹不断增多,甚至交互成韧窝。

Sc提高锆基块体非晶合金玻璃形成能力的机理

以Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基非晶合金为研究对象,在以工业级海绵锆为原料制备的合金中加入元素Sc,制备出楔形试样,从微观角度分析了元素Sc提高非晶合金玻璃形成能力的机理。结果表明,元素Sc的加入可显著改变Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金在非晶态-晶态过渡区中先析相的相结构及组织形态。元素Sc强烈的脱氧作用可减少合金中锆氧化物/锆氧团簇,从而消除了过冷液体中异质形核的核心,提高了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金的玻璃形成能力。

铝元素的添加对锆基合金非晶形成能力影响的电子结构模型

通过构建非晶合金的团簇模型,利用离散变分法从电子层次研究了Al元素对Zr-Ni,Zr-Cu非晶合金中团簇稳定性的影响.结果表明,Al原子的引入提高了团簇中原子间的亲和力,并且随着Al原子数的增加,亲和力增大,导致新的团簇产生,从而破坏了非晶的团簇结构.Al含量对Zr-Al-Ni非晶合金的稳定性的影响可通过Fermi能级处的态密度大小来反映.

含钴锆基块状非晶合金的制备与力学性能

采用水淬法制备了 Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co 块状非晶合金(BMGs)。使用 XRD 进行相分析,采用热分析仪进行玻璃转变温度、晶化温度和热稳定性等的测定,用 SEM 观察试样压缩后的外表面和断口形貌。研究了 Co 对 Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金非晶形成能力(GFA)、热稳定性及力学性能的影响。结果表明:含 Co 的所有 Zr-Ti-Cu-Ni-Be BMGs 都有 1 个明显的玻璃转变点和宽的过冷液相区(?T)。Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5合金具有和 Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金相当的 ?T;Co 的添加明显提高 Zr-Ti-Cu-Ni-Be BMGs 的力学性能,含 Co 量大于 10at%的 Zr-Ti-Cu-Ni-Be BMGs 的压缩断裂强度(σf)超过2 000 MPa,Zr38Ti17Co22.5Be22.5 合金的 σf 达到 2 230 MPa,比 Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5 合金的 σf 提高 23%。

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．

牙科用微弧氧化后锆基非晶合金的组织相容性研究

目的通过进行口腔黏膜刺激实验和皮下植入实验,研究微弧氧化后锆基非晶合金的组织相容性。方法实验参照ISO 10993-6:1994标准,分别将微弧氧化前后的锆基非晶合金和对照用的钛合金制备成直径5 mm,厚0.5 mm的圆片样品和直径1.5 mm,长5 mm的柱状样品,进行口腔黏膜刺激实验和皮下植入实验。结果口腔黏膜刺激实验未出现全身及局部不良反应,组织学观察与阴性对照无显著性差异;皮下植入实验结果显示1周时可见局部组织轻微红肿,组织切片可见少量炎细胞,4周、12周炎症反应随着时间的延长逐渐减轻,试件周围均形成了包膜,随着植入时间的延长包膜逐渐变薄、透明度增高,新生毛细血管的数量增加。各周期中微弧氧化后的锆基非晶合金组皆比实验组的炎细胞数目少,毛细血管数量多,包膜薄,透明度高。说明微弧氧化后的锆基非晶合金组织相容性好,具有良好的临床应用前景。结论作为新型口腔医学植入材料,锆基非晶合金性能优异,但是其生物惰性阻碍了这种材料的应用。微弧氧化处理有效的降低了锆基非晶合金的生物惰性,在保持了锆基非晶合金的优异性能的同时,获得了良好的组织相容性。

定向凝固制备内生晶体增塑的锆基非晶复合材料

通过Bridgman定向凝固成功制备了成分为Zr_(58.5)Ti_(14.3)Nb_(5.2)Cu_(6.1)Ni_(4.9)Be_(11.0)的内生枝晶增塑的非晶复合材料.内生枝晶的尺寸和体积分数可以经抽拉速度的改变得以控制,进而实现了对其力学性能的调节.研究表明,枝晶的大小与抽拉速度呈线性关系,体现出定向凝固在制备非晶复合材料方面可调控析出相的优势.通过对实验参数抽拉速度的优化得出,当抽拉速度为1.0 mm/s时,最高压缩强度达到了1930 MPa,断裂塑性达到11.3%.

锆基非晶合金脉冲激光焊及接头组织特性

采用脉冲激光焊接的方法对锆基非晶合金(Zr_(44)Ti_(11)Ni_(10)Cu_(10)Be_(25))进行对接熔焊工艺试验,在合适的工艺参数下获得成形良好的锆基非晶合金熔焊对接接头。采用金相显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、同步热分析仪等多种测试手段对成形接头的形貌、晶体相、结晶组织特性及热稳定性进行分析。结果显示,在接头热影响区的二次电子图像中发现了纳米结晶,焊缝区则为小块体状结晶相;热影响区及焊缝区的布拉格衍射峰对应的是Zr_(2)Cu和Zr_(2)Ni;接头三个区域中,焊缝区表现出最高的维氏硬度;结合DSC曲线中放热峰的晶化热焓,计算出接头热影响区与焊缝区的结晶分数分别为4.2%和32.0%。

电弧炉坩埚浇铸法制备锆基块体非晶

采用电弧炉坩埚浇铸法制备Zr50Cu40Al10三元锆基块体非晶,研究了电磁搅拌合金熔体的作用。结果表明,虽然在该方法中合金熔体是仅在重力作用下自由充填铸模型腔,但与常用的真空吸铸铜模铸造法相比,铸模对合金熔体的激冷能力并没有明显的降低。电磁搅拌可减小合金熔体与坩埚底部由于欧姆接触所造成的“晶核污染”,因而使锆基块体非晶态合金具有更宽的过冷液相区温度范围?Tx和更高的热稳定性。