粉末靶射频磁控溅射非晶Al_2O_3薄膜的制备与性能研究

采用粉末靶射频磁控溅射方法制备非晶Al_2O_3薄膜,分析了溅射工艺参数对Al_2O_3薄膜微观结构、表面形貌、光学性能的影响规律及机理,并探究其抗菌特性.研究结果表明:增加氧通量、降低溅射功率和缩短溅射时间均会减小非晶Al_2O_3薄膜颗粒度与粗糙度,同时也降低薄膜的沉积速率;并且,氧通量的增加和溅射时间的缩短均会使非晶Al_2O_3薄膜禁带宽度变宽(最大值可达4.21 e V)、透光率增大(超过90%);光照条件下非晶Al_2O_3薄膜24 h抗菌率最高可达98.6%,体现出了较好的光催化抗菌性.

Al基合金体系非晶形成能力的相关理论进展

从Al基非晶态合金结构特性的视角,评述了目前与非晶合金形成能力相关的一些重要理论和判据,以期推动具有块体玻璃形成能力的Al基非晶态合金体系的设计与研制.

扫描速度对激光熔覆Al基非晶复合层组织与性能的影响

目的 在5083铝合金表面激光熔覆制备Al-Ni-Y-Co-La非晶复合熔覆层,并研究扫描速度对熔覆层组织与性能的影响规律。方法 采用YAG：Nd激光器,在扫描速度分别为200、300、400 mm/min下制备Al基非晶复合层,并采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、摩擦磨损试验机观察熔覆层微观组织及测试其显微硬度及耐磨损性能。结果 熔覆层主要由α-Al相、Al3Y及Al4Ni Y等金属化合物相组成。随着扫描速度的增加,熔覆层组织由粗大的条（柱）状晶向细小的等轴晶转变,当扫描速度大于300 mm/min时,熔覆层内存在部分非晶复合区域。熔覆层平均显微硬度大于250HV0.1,当扫描速度为300 mm/min时,熔覆层显微硬度最高达300HV0.1。低载荷下,扫描速度为200、300、400 mm/min时的熔覆层和基体的平均摩擦系数分别为0.384、0.288、0.304、0.571,平均磨损体积分别为7.586×10~7、2.516×1~07、5.027×10~7、45.638×10~7μm3,熔覆层平均摩擦系数和磨损体积较5083基体均显著降低。结论 采用激光熔覆技术能够制备Al基非晶复合层。当扫描速度为300 mm/min时,熔覆层具有最佳的成形性和耐磨损性能;当扫描速度进一步增大至400 mm/min时,熔池拖带基体翻卷上浮导致成分严重偏析,使熔覆层的成形性和耐磨损性能下降。

Cu,Zr对Al-Ni-Zr-Cu-Y非晶合金的形成和热稳定性的影响

采用单辊旋淬技术,在真空条件下制备了快速凝固Al85Ni10Zr3Y2四元合金条带和Al80Ni10Zr8-xCuxY2(x=1,2,3,5)五元合金条带.利用X射线衍射及差热分析对条带进行了研究.结果表明,w(Cu)和w(Zr)对该合金系的非晶形成能力及热稳定性有显著影响,并且非晶合金的形成对这两种元素的质量分数很敏感.当w(Cu)和w(Zr)其中一种达到一较大值时,可以形成非晶合金或是以非晶相为主的合金,否则将只能得到晶体相.另外,Al80Ni10Zr7Cu1Y2,Al80Ni10Zr3Cu5Y2合金系具有较强的非晶形成能力,可形成完全非晶或以非晶为主体和部分晶体的复相材料.

Al基非晶合金表征参数的支持向量回归分析

根据一系列Al基非晶合金薄带实测数据集,应用粒子群优化支持向量回归方法(PSO-SVR),建立一个通过相关表征参数来预测Al基非晶合金晶化温度(Tx)的模型。利用该模型对不同类型铝基非晶合金的晶化温度(Tx)进行建模和预测研究,并与反向传播神经网络(BPNN)预测方法进行比较。结果表明:基于留一交叉验证法(LOOCV)的PSO-SVR模型预测的晶化温度误差要比BPNN模型预测的小得多,这说明模型中所采用的特征参数能很好地描述该系列Al基非晶合金的晶化行为和热稳定性。

稀土在负载型非晶态NiB/Al_2O_3合金上作用研究

本文采用脉冲技术研究了稀土氧化物对负载型非晶态 Ni B/Al2 O3合金催化剂苯加氢活性和抗硫性能的影响。用 XRD鉴定了非晶态结构 ,用 TPR、TPD表征了催化剂的表面性质 ,用 CO化学吸附法测定了活性镍表面积。实验结果表明 ,非晶态合金催化剂上至少有两种吸附中心 ,稀土氧化物能明显地提高催化剂的苯加氢活性和抗硫性能 ,其原因是稀土氧化物有助于氧化镍的还原 ,从而在反应温度下有更多的活性镍物种被还原 ,稀土氧化物还能使镍物种颗粒细化 ,提高了活性镍面积。

快速凝固AlNiCuNd纳米/非晶复合材料的制备及显微组织研究

采用熔体单辊旋淬法制备了快凝Al87Ni7Cu3Nd3合金条带,利用差热扫描热力学(DSC)分析、X射线衍射(XRD)分析等手段对比研究了快凝合金条带及其不同退火态材料的晶化行为。选择合适工艺条件,对快凝合金条带进行等温加热退火,采用高分辨透射电镜(HRTEM)观察分析了等温退火态材料显微组织特征。结果表明,快凝Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带呈现出完全均匀的非晶态结构。随加热温度升高,非晶态薄带的晶化过程包括两个主要的相转变:α—Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。在低于310℃下加热,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃中发生的主要相转变是富Al非晶的初始晶化。110℃等温退火态薄带主要是由α-Al加残余非晶相的两相组成,α—Al晶体纳米颗粒均匀弥散分布在残余非晶基体上。而在310℃热暴露后的退火试样中,在除α-Al晶体外的残留非晶相中开始出现极少量的Al3Ni金属间化合物。

轧制塑性变形对Zr_(60)Al_(15)Ni_(25)非晶合金的自由体积及力学性能影响

利用差示扫描量热法(DSC)研究了室温轧制塑性变形对Zr60Al15Ni25非晶合金自由体积及力学性能的影响。结果发现,随着轧制变形量ε的增加,合金的显微硬度呈下降趋势,从铸态到ε=95%,硬度下降最大幅度约10%。DSC曲线上玻璃化转变之前的弛豫热随变形量的增大而提高,表明非晶合金在塑性变形后自由体积增多。非晶合金力学性能的下降可能是由于剪切带内过剩的自由体积在塑性变形终止后聚集为纳米空洞,空洞的存在造成合金粘度的降低。

Cu-Zr-Al大块非晶合金的制备及性能研究

采用铜模铸造的方法制备了Cu48Zr52-xAlx(x=6,7,8,9,10,at%)几种合金,X射线衍射(XRD)实验检验Cu48Zr44Al8,Cu48Zr43Al两种合金样品为完全非晶态.对样品进行差示扫描量热分析(DSC)考查三种大块非晶合金的非晶形成能力,以及Al的添加对非晶形成能力的影响.结果表明:当铝含量X=9时,合金的非晶形成能力及热稳定性最好.

Zr_(55)Al_(10)Cu_(30)Ni_5非晶合金在NaOH溶液中的腐蚀行为

利用极化曲线方法、电化学阻抗技术和扫描电子显微镜研究了非晶合金Zr_(55)Al_(10)Cu_(30)Ni_5,在NaOH溶液中的腐蚀行为。极化曲线测试表明,非晶合金Zr_(55)Al_(10)Cu_(30)Ni_5在NaOH溶液中具有很好的耐蚀性能,阴极过程由电化学反应所控制,而阳极过程表现出钝化特征,在所研究的浓度范围内,钝化电流密度非常低,为1μA/cm^2～2μA/cm^2。电化学阻抗测试表明,电荷转移电阻随浓度的增大而增大,而后又有所降低。在阴极极化、开路电位和钝化电位下,非晶合金的Nyquist图由单容抗弧构成,具有很高的电荷转移电阻,表现出优良的耐蚀性。SEM和EDAX表明非晶合金在NaOH溶液中腐蚀轻微,各合金元素的溶解程度不同,腐蚀后表面出现了少量的氧元素。

粉末状态对激光立体成形Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5块体非晶合金晶化行为的影响

基于金属熔体结构的遗传性,激光熔池的快速熔凝导致粉末的晶化状态可能会对最终成形件的晶化产生重要影响,理清其影响规律对于制备大块非晶合金具有重要意义.本文选取等离子旋转电极法所制粉末和1000 K退火态粉末为沉积材料,采用激光立体成形技术沉积Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金,考察了粉末中已有晶化相对熔池及热影响区晶化行为的影响.结果发现,原始粉末组织由非晶相及粗大的Al5Ni3Zr2相组成;当激光线能量较低时,相应熔覆层的熔池和热影响区皆含有Al5Ni3Zr2相;随着线能量的提高,熔池中Al5Ni3Zr2相消失,保持了非晶态,但热影响区晶化加重,并有大量Al5Ni3Zr2相析出;当采用退火态粉末时,即使线能量较小,相应熔覆层仍主要由非晶构成,几乎无Al5Ni3Zr2相析出.这是由于原始粉末在退火时其微观结构发生重排,与Al5Ni3Zr2相关的原子短程/中程有序结构减少,导致已沉积层非晶区的热稳定性提高,不利于Al5Ni3Zr2相析出.可见,提高线能量将会加剧非晶沉积体的晶化,而粉末中的Al5Ni3Zr2团簇相状态对Zr55Cu30Al10Ni5合金沉积层的晶化有重要影响.

Si—Al—Zr—O系非晶原位晶化过程中的拉曼光谱和红外光谱研究

借助Raman,IR和XRD等技术探讨了Si—Al—Zr—O系非晶在原位受控晶化过程中微结构变化。结果表明,Si—Al—Zr—O系非晶在920℃左右出现网络结构重整,形成了富Si区和富Zr和Al区。在920～950℃间,从富Zr区析出初晶相四方氧化锆,并从富Al区形成Al—Si尖晶石相。随着温度进一步升高,Al—Si尖晶石衍射峰先增强随后消失,同时在1200～1100,1000～700和650～400cm-1观察到莫来石的红外特征峰;当温度升高至1100～1150℃,出现了单斜氧化锆的拉曼特征峰179和193cm-1,同时形成了方石英,四方氧化锆和莫来石成为主晶相。说明在热处理过程中,Al不是以三氧化二铝形式析出而是先形成过渡Al—Si尖晶石相,随后与非晶二氧化硅反应形成莫来石晶相,Zr首先以四方氧化锆析出,高温下有小部分四方氧化锆发生相变转化为单斜相,其中过剩的非晶二氧化硅转化为方石英。

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_30块状非晶合金的高温压缩断裂

利用Gleeble 1500热模拟试验机研究了Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的高温压缩断裂.在室温情况下,在块状非晶合金断面的脉纹壁上出现了带有锯齿形边缘的裂口.在高温情况下,Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的宏观断面变得粗糙不平并出现了台阶.随着实验温度的不断上升,断面粘性流动特性变得更加明显,断面出现了大面积类似流动熔体凝固后的特征结构.塑性形变产生的最大剪切面的绝热温升或熔化是块状非晶合金局部粘性流动的原因.

新型Zr_(57)Nb_5Cu_(15．4)Ni_(12．6)Al_(10)大块非晶态合金的制备及其室温单轴压缩断裂行为

应用铜模真空吸铸法制备直径达5mm的棒状新型Zr57Nb5Cu15．4Ni12.6Al10大块非晶样品。X射线衍射检测证明样品完全为非晶态。通过等温示差扫描量热法(DSC)测试了Zr57Nb5Cu15．4Ni12.6Al10大块非晶的晶化动力学效应,同时研究了大块非晶合金的室温单轴压缩变形和断裂行为。结果表明:Zr57Nb5Cu15．4Ni12.6Al10块体非晶晶化过程具有动力学效应;其室温压缩变形过程主要表现为弹性变形;断裂面与压缩方向约呈45°,断口呈现典型的脉状花样。

Ni,Fe对Al_(90)TM_5Ce_5非晶合金稳定性的影响

本文研究了Al90 Fe5Ce5和A190 Ni5Ce5非晶合金及预峰在晶化过程和时效过程中的稳定性。Al90Fe5Ce5非晶合金的晶化开始温度TX 和时效稳定性比Al90 Ni5Ce5非晶合金高。Al90 Fe5Ce5非晶合金预峰所对应的化学短程序结构的稳定性较高 ,而Al90 Ni5Ce5非晶合金预峰所对应的化学短程序结构的稳定性差 ,甚至通过常温时效消失。

元素微调对机械合金化Al-Cu-Ti非晶合金成分优化的影响（英文）

为了将Al-Cu-Ti非晶合金中的晶体相含量降到最低,通过调整Cu和Ti元素的含量和球磨时间对Al65Cu35-xTix合金进行优化设计。研究结果表明:增加Ti元素的含量能够降低AlCu2Ti、Cu9Al4和Al2Cu等金属间化合物的含量;而延长球磨时间可以降低合金中元素相的含量,最终确定的最优成分为Al65Cu16.5Ti18.5。另外,所有优化合金中都存在TiH2相,这是由于在球磨作用下工程控制剂甲苯分解出的H原子与Ti元素反应生成了TiH2。TiH2在最优成分Al65Cu16.5Ti18.5合金中的体积分数为4.30%。

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块状非晶合金靠近玻璃转变点的等温纳米晶化

研究了Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金靠近玻璃转变点等温晶化过程.结果表明:420℃退火5h,出现了尺寸为20 nm左右的晶相,同时,非晶基体也出现了尺寸为1-2 nm分布均匀的团簇状结构;退火10 h,析出的晶相尺寸为20-50nm,所占的体积分数为40％;退火20 h之后,非晶相完全转变为亚稳相,析出的晶相尺寸为50 nm左右,并没有出现明显的长大现象.退火得到的晶相为Cu10Zr7,Zr2Ni及一些未能标定的相,这些相在420℃具有相对的稳定性,没有向稳定相转变.退火后,残余非晶相的热稳定性降低.等温退火过程经历了从非晶相→团簇状结构→亚稳相的转变过程.

快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。

气体雾化法制备Al基非晶合金粉末工艺及组织结构

针对3D打印用Al基非晶合金粉末的性能需求,利用惰性气体雾化法制备Al_(86)Ni_7Er_5Co_1La_1合金粉末.通过调整过热度、雾化气压、导流管直径来分析不同雾化工艺参数对粉末粒径的影响规律;利用激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)对粉末的粒度分布、物相组成、表面形貌、微观组织结构和热稳定性进行分析测试.研究表明:合金粉末的粒径随着雾化气压的增加、导流管直径的减小和过热度的增加而逐渐降低.当过热度100℃、雾化气压9 MPa、导流管直径3 mm时,细粉率最高,其中粒径<75μm粉末的质量分数在70%以上.随着粉末粒径的减少,合金粉末的组织结构发生了如下转变:fcc-Al+Al_(17)Er_2+未知相→非晶相+fcc-Al+Al_(17)Er_2+未知相→非晶相+fcc-Al→非晶相,粒径小于25μm的粉末为完全的非晶态.

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块状非晶合金的循环形变及疲劳特性

对称循环载荷作用下Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的循环疲劳特性的测试表明,完全非晶试样在常应力幅循环载荷作用下出现了轻微的循环软化现象.非晶基体中析出的细小淬态相使试样出现了更加明显的循环软化现象,而且细小淬态相在循环载荷作用下有从非晶基体向外突出的趋势,在淬态相与非晶基体的界面处还出现了微裂纹.但是带有粗大晶相块状非晶试样在循环形变过程中循环软化现象又变得不是很明显.