压痕过程中非晶Cu形变诱导晶化行为的原子模拟

采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟了非晶Cu在压痕作用下的形变诱导晶化行为,考察了压痕过程中能量、应力与微观结构演化的关系．局部塑性变形区域出现微小晶核,随着变形的增加,晶核不断生长与合并,局部塑性变形是导致非晶晶化的根本原因．最终生成的晶粒具有面心立方结构,其(111)密排面平行于剪切面．非晶相中的纳米晶粒能提高非晶材料的刚度．

非晶Cu在晶化过程中的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟的方法,采用紧束缚势函数,研究了非晶Cu在升温条件下的晶化行为,分析了系统能量、体积、双体关联函数和局部结构的变化,并结合键对分析方法计算了不同弛豫时间下典型短程有序结构的分布。结果表明,在非晶Cu升温的最初阶段,原子运动未必造成短程结构的进一步规则化;结构转变初期,首先发生1431和1541键向1421键的转变,1421键型数量在400 K以上则基本呈现直线上升的趋势,接近600 K时达到最大值;此后1421键的数量随温度的上升而下降,熔化时其数量急剧减少。

微量Cr对Cu基块体非晶合金的形成能力及耐蚀性能的影响

XRD,DSC和DTA分析测试表明,微量Cr有利于提高块体非晶合金(Cu47Zr11Ti34Ni8)100-xCrx(x=0,0.5, 1)非晶形成能力室温动电位极化法对该合金在1 mol/L HCl溶液、3%NaCl溶液和6 mol/L KOH溶液中的电化学测试表明,非晶合金存在自钝化现象,随Cr含量增加,非晶合金的钝化区宽度显著增大,维钝电流密度降低,耐蚀性能增强.含微量Cr的Cu基块体非晶合金比不含Cr的具有更好的抗腐蚀性能,且远远优于不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗腐蚀性能.

Cu基块状非晶晶化过程的微区变形及力学性能

在玻璃转变温度以下选择350、400、475及600 K进行1 h的等温退火,用纳米压痕仪、扫描电镜等研究Cu基块状非晶晶化过程的力学性能及变形。Cu基块状非晶在纳米压头作用下体现弹-塑性变形方式,载荷—位移曲线和压痕周边多重剪切带的特征证明了塑性变形的存在。350 K退火试样具有较大的压痕硬度HV和弹性模量E值及较小的塑性变形量dn值;400 K退火后,HV和E值显著减小,dn值明显增大;475 K退火后,有少量晶体相析出,但合金以非晶的特性为主,HV和E值继续减小,dn值继续增大;600 K退火后,晶体相进一步长大和析出,其固溶强化和弥散强化使合金的HV和E值有所增加,dn值略有减小。对塑性变形机理进行了初步分析。

高强度Cu基块状非晶合金的最新研究进展

Cu基块状非晶合金是一种新型高性能材料,从合金体系、力学性能、合金过冷液体区域的性能及非晶形成能力几方面对Cu基块状非晶合金的最新研究进展进行了综述,并展望了新型Cu基块状非晶合金的工程应用前景。

Y对Cu基非晶合金的玻璃形成能力和力学性能的影响

研究了添加微量稀土元素Y对Cu基非晶合金的玻璃形成能力和力学性能的影响.通过铜模吸铸法制备Cu-Zr-Al-Y大块非晶合金,利用DSC和XRD分析合金的玻璃形成能力对合金进行室温压缩性能测试,用SEM分析了微观断口形貌.研究结果表明:适量Y掺入可提高合金的玻璃形成能力,当Y元素掺入量为3%时,Cu47Zr42Al8Y3非晶合金的过冷液相区宽度ΔT达到72.42K,有较高的玻璃形成能力;Y元素的掺入有利于提高合金的力学性能,而Cu47Zr42Al8Y1合金有最佳的力学性能,其压缩断裂强度为2 140.8 MPa,伸长率达到7.17%,且随着Y含量的增加,断裂方式由单一的剪切断裂变为剪切断裂和脆性断裂复合方式.

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.

非晶合金Mg_(65)Y_(10)Cu_(25)在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

利用电化学极化曲线方法、交流阻抗 (EIS)技术和扫描电子显微镜 (SEM )研究了Mg65Y10 Cu2 5非晶及相应的晶化合金在 3 5 %NaCl溶液中的腐蚀行为。极化曲线测试结果表明 ,非晶合金Mg65Y10 Cu2 5在NaCl溶液中为活性溶解 ,腐蚀反应由阴极反应和阳极反应共同控制。EIS测试表明 ,随着浸泡时间延长 ,非晶合金耐蚀性下降 ,EIS由 3个时间常数变为 2个时间常数。SEM测试表明 ,非晶合金经过 2 4h浸泡后 ,表面发生了极为不均匀的腐蚀 ;EDAX能谱表明 ,非晶合金经过浸泡后 ,表面成分发生了较大变化 ,含镁量减少 ,表面出现了浓度分布不均匀的氧元素。晶化后Mg65Y10 Cu2 5合金的耐蚀性略有提高。探讨了非晶合金在 3 5

深冷处理对Cu_(46)Zr_(46)Al_8非晶复合材料组织与性能的影响

利用铜模吸铸法在一定冷却速度下成功制备了树枝晶均匀分布的Cu46Zr46Al8非晶复合材料,并对其进行深冷处理,研究了深冷处理对其组织和力学性能的影响。结果表明,深冷处理使Cu46Zr46Al8非晶复合材料中晶体相B2CuZr相晶粒显著细化,CuZr相形貌也发生明显改变,由原先的树枝状变为板条状,经分析板条状相为B19’CuZr相。微观结构的改变促使复合材料的室温力学性能得到显著改善,深冷8h后其显微硬度和压缩断裂强度提高幅度最大,分别提高了14.67%和34.63%。

预退火温度对Cu基块状非晶玻璃转变及晶化的影响

采用差示扫描量热（Dsc）分析方法测定了Cu50Zr42Al8块状非晶合金在不同温度（350～450℃）预退火4h后的玻璃转变温度Tg、起始晶化温度Tx、晶化峰值温度Tp和玻璃转变过程中的比热容变化。结果表明：预退火处理试样的玻璃转变温度Tg、玻璃转变比热变化ΔCp，g随退火温度的升高呈现逐渐增加的趋势，而其起始晶化温度Tx和晶化峰值温度Tp随退火温度的变化不明显。

退火处理对Cu基块状非晶压缩性能的影响

选择400、600、743、753、873和973 K,进行30 min和3 h的等温退火,用XRD、万能试验机和SEM研究退火处理对Cu基块状非晶合金压缩性能的影响。结果表明,随着退火时间的延长,Cu基块状非晶合金的起始晶化温度逐渐降低;试样经过30 min和3 h的退火处理后,其压缩曲线均为线弹性,没有明显的非弹性屈服过程;在600、743和753 K经过30 min的退火处理后的压缩强度的变化趋势为降低-升高-降低的模式,与经过3 h退火处理的压缩强度的变化趋势相反,对压缩强度的变化原因进行了初步分析;Cu基块状非晶合金在743 K退火30 min后的压缩性能最好,压缩强度达到2138 MPa。

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。

Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料在Si_3N_4陶瓷上的润湿性研究

针对Si3N4陶瓷的高温活性钎焊要求,设计了高温Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料成分,并采用单辊急冷法成功制备了Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料。对比分析了相同成分的Ti-Zr-Ni-Cu非晶和晶态钎料在Si3N4陶瓷表面的润湿情况。结果表明:在低真空条件下,晶态钎料能够润湿Si3N4陶瓷,非晶钎料却因完全氧化而失效。在5×10-3Pa高真空条件下,非晶钎料的润湿性优于晶态钎料,在研究的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料中,Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料对Si3N4陶瓷的润湿性最佳。

添加Al对Cu基合金非晶形成能力影响的团簇模型

在二元Cu-Zr合金中添加Al元素可明显提高合金的非晶形成能力。根据非晶与其晶化相存在结构遗传关系,以Cu-Zr基非晶晶化相Cu10Zr7中的Cu6Zr5阿基米德反棱柱为团簇模型,利用离散变分方法从电子层次研究了Al元素对Cu基非晶合金团簇稳定性的影响。结果表明:当团簇中加入一个Al原子时,Fermi能级处的态密度明显降低,团簇稳定性提高;但继续加入Al原子,Fermi能级处的态密度又开始上升,态密度处于较高位置,团簇稳定性下降;计算结果与实验结果相吻合。

添加Nb,Ta,V,Y,Sc对Cu基大块非晶形成能力及耐蚀性的影响

利用分子动力学方法模拟Cu基大块非晶合金,建立非晶中二十面体团簇模型,然后通过计算机编程构造出存在二十面体团簇的非晶模型.从模型中选1个二十面体团簇为研究对象,通过运用实空间连分数递归方法对Nb,Ta,V,Y,Sc等元素替代二十面体团簇中心Zr原子位置,计算取代不同元素与近邻Cu原子的键级积分和费米能级,讨论合金元素对Cu基大块非晶形成能力及耐腐蚀性的影响.

Mg-Cu-La三元非晶合金形成范围的热力学预测

基于分析有利于合金非晶化的热力学因素,从非晶形成的热力学观点出发,综合应用Miedema理论和Toop模型,并考虑纯金属在不同温度下的自由能,在此基础上提出了一种定量预测三元非晶合金形成范围的方法:通过比较晶态的自由能和相应非晶态的自由能来确定成分范围.用该方法计算Mg-Cu-La三元合金系的非晶形成范围,并与已有的实验数据进行比较,发现二者符合得较好.该方法对于定量预测二元及三元甚至是多元合金系非晶形成范围将有一定的指导意义.

Cu基块体非晶合金的研究进展

综述了国内外最近几年来Cu基大块非晶合金的研究现状,介绍了Cu基大块非晶合金在玻璃形成能力、机械性能、耐腐蚀性能、非晶-纳米晶合金方面的研究成果,最后探讨了Cu基大块非晶合金未来的研究重点。

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.

微量元素对Cu-Zr-Al系非晶合金性能的影响

通过对直径为3mm成分为Cu50Zr43Al7、(Cu50Zr43Al7)100-xYx(x=2,5)、(Cu50Zr43Al7)100-xAgx(x=6,7)的非晶合金进行X射线衍射(XRD)和差分扫描量热(DSC)的测试分析,研究了微量元素Ag、Y对Cu50Zr43Al7块状非晶的玻璃形成能力和热稳定性的影响。结果表明,添加适当微量的Ag和Y元素,提高了合金的热稳定性和玻璃形成能力,但Ag元素比Y元素的作用要更加显著。利用动电位极化法对各非晶合金在3.5%NaCl溶液中的电化学测试表明,各非晶合金的耐腐蚀性均远远好于相应的晶态合金。添加了微量的Ag、Y元素提高了Cu50Zr43Al7非晶合金的耐蚀性能,Cu43Zr43Al7Ag7非晶合金的腐蚀电流密度比Cu50Zr43Al7的降低了1～2个数量级。

Y对Cu基非晶合金形成能力和腐蚀行为的影响

采用铜模吸铸法制备出成分为(Cu50Zr45Al5)100-xYx(x=0,1,2,3,4,5)的合金试样。利用X射线衍射,金相显微镜,差热分析和电化学极化曲线的方法研究了Y对Cu-Zr-Al系非晶合金的结构、玻璃形成能力和腐蚀行为的影响。结果表明,适量Y的添加提高了非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性,当Y含量为2%时合金的过冷液相区宽度为ΔTx=Tx-Tg=64K,约化玻璃转变温度Trg=Tg/T1=0.601,玻璃形成能力γ=Tx/(Tg+T1)=0.409(Tg,Tx,T1分别为非晶合金的玻璃转变温度,晶化开始温度和熔化温度)。非晶合金在3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性随Y含量的增加而降低。