Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

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)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.

Cu基Cu-Zr-Al块体非晶合金的成分设计

利用变电子浓度经验判据,从Cu-Zr亚组元体系中的最深共晶点Cu61.8Zr38.2和次深共晶点Cu56Zr44出发,连接第三组元Al,建立(Cu81.8Zr38.2)1-xAlx和(Cu56Zr44)1-xAlx变电子浓度线.电子浓度在1.24—1.30的(Cu61.8Zr38.2)1-xAlx合金可通过铜模吸铸法形成直径为3 mm的块体非晶;对于(Cu56Zr44)1xAlx系列合金,块体非晶形成的电子浓度区间为1.28—1.36.热分析结果表明,每条变电子浓度线上块体非晶合金的热稳定性和玻璃形成能力随电子浓度增大而增加.其中, (Cu61.8Zr38.2)1-xAlx变电子浓度线上的非晶合金Cu58.1Zr35.9A16(e/a=1.3)具有最高的热稳定性和最大的玻璃形成能力,其特征参数Tg=760 K,Tg/Ti=0.648,皆高于已报道的最优成分Cu55Zr40Al5(Tg=722 K,Tg/Ti=0.614).

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。

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.

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.

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.

Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金的制备及其耐蚀性能

块体非晶合金的耐蚀性能与合金元素本身的特性及合金成分密切相关。采用铜模吸铸法制备了Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金,用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析法(DSC)和差热分析法(DTA)考察了合金的非晶特性和热力学属性,通过电化学极化试验和盐雾腐蚀试验测试了合金的耐蚀性。结果表明,制备的Zr55Al10Ni5Cu30合金为完全的非晶相,且具有较大玻璃形成能力和热稳定性;腐蚀电流密度仅为12.6nA/cm2,经144h盐雾试验无质量变化,表明合金具有优异的耐腐蚀性能。

Nb添加对Zr_(50.5-x)Al_9Ni_(4.05)Cu_(36.45)Nb_x非晶合金热稳定性及力学性能的影响

采用铜模铸造法,制备了直径为2 mm的Zr50.5-xAl9Ni4.05Cu36.45Nbx(x=0,1,2,4,摩尔分数,%)完全非晶棒材。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热计(DSC)和力学性能试验机对合金的相组成、结构、热物性参数和力学性能进行研究。结果表明:添加Nb对所研究合金的玻璃转变温度Tg影响不大,但提高了晶化温度Tx和过冷液相区ΔTx;当x=4时,合金具有最高的玻璃转变温度Tx=773.4 K和最大过冷液相区ΔTx=68.1 K。依据耐温和热塑性成形要求,非晶合金的热稳定性可用玻璃转变温度Tx和过冷液相区ΔTx来分别表示。随着合金中Nb添加量的增加,非晶合金的双重热稳定性提高。非晶合金的断裂强度随着Nb添加量的增加先减小后增加,当x=4时,合金的最高断裂强度为2032 MPa。

Cu-Zr-Al三元非晶合金形成范围的热力学预测

用基于热力学观点的定量预测三元合金形成非晶成分范围的方法,对Cu-Zr-Al三元合金系形成非晶的成分范围进行了计算.该方法通过比较晶态固溶体的自由能和相应的非晶态的自由能来确定成分范围,在自由能的计算中,三元系的热力学数据由相应的3个二元系的热力学数据根据Toop模型外推得到,二元合金系的形成焓则通过Miedema理论的计算得出.结果表明,理论预测的形成非晶的成分范围与已有的实验结果符合得比较好.

Cu坯料纯度对Cu_(46)Zr_(42)Al_7Gd_5合金非晶形成能力与显微硬度的影响

采用铜模吸铸法制备直径为3mm的Cu46Zr42Al7Gd5块体非晶合金;研究Cu坯料纯度对该合金非晶形成能力、热稳定性和显微硬度的影响。结果表明:采用纯度较低的Cu坯料,分别以25%和50%的比例替代纯度较高的Cu坯料后,仍可制备直径为3mm的非晶态合金;当替代比例提高到75%或更高时,合金呈现完全晶态相;当替代比例为25%时,合金的玻璃化转变温度为669K,晶化温度为749K,过冷液相区为80K;当替代比例为50%时,合金的玻璃转化温度为684K,晶化温度为751K,过冷液相区为67K;两种替代比例(25%和50%)的合金经573K保温1h热处理后,仍然保持非晶态结构;当替代比例为25%时,合金经673和773K热处理后,合金由基体及弥散分布于其上的第二相组成,显微硬度明显提高;当替代比例为50%时,经673K处理后,合金由基体及不均匀弥散分布于其上的第二相组成,显微硬度有所提高,而经773K处理后,由第二相弥散分布于白色基体的白色区域和由细小白、灰两相混合组成的灰色区域组成,显微硬度大幅度提高。

不同直径的Zr_(60.3)Ni_(16.2)Cu_(13.5)Al_(10)块体非晶合金的力学性能

采用铜模吸铸法制备了阶梯型的Zr60.3Ni16.2Cu13.5Al10非晶合金,利用X射线衍射(XRD)分别对直径为3 mm、4 mm、6 mm的合金试样进行结构分析,利用万能试验机及扫描电镜对试样进行压缩试验和断口形貌分析。研究表明,由于冷却速度的影响,直径为3 mm时是非晶结构,直径为4 mm和6 mm时是中心晶体和表面非晶体混合结构;对于Zr60.3Ni16.2Cu13.5Al10合金,直径为3 mm时断裂强度可达到1 775 MPa,塑性变形可达到2.02%,而直径为4 mm的非晶复合材料的塑性变形可达2.93%,适当体积的晶体相的加入可以有效地提高非晶材料的塑性。

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。

退火对Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金晶化过程及压缩性能的影响

通过差示扫描量热法、X射线衍射和压缩性能测试等研究了退火对Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金晶化过程和压缩性能的影响。结果表明:Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金的玻璃转变温度和晶化行为与升温速率有关,随着升温速率的增加,玻璃转变温度T_(g)、初始晶化温度T_(x)、第一放热峰温度T_(p1)和第二放热峰温度T_(p2)均有所增加。Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金在T_(g)以下的温度退火时,合金处于非晶态。合金在过冷液相区加热并保温足够的时间将发生相分离或晶化现象。F-Zr_(2)Ni和tP-AlZr相的析出与退火温度和保温时间有关,而tI-Zr_(2)Cu相只会在高于T_(p2)温度析出。当析出F-Zr_(2)Ni晶化相时,Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金的抗压强度大幅减小,当析出tI-Zr_(2)Cu晶化相时,合金的抗压强度比析出F-Zr_(2)Ni晶化相时有所提高,但仍远小于铸态合金。

大块锆基非晶合金Zr_(53.5)Cu_(26.5)Ni_5Al_(12)Ag_3的盐雾腐蚀行为

采用铜模吸铸法制备直径为5 mm的Zr53.5Cu26.5Ni5Al12Ag3,用电化学极化曲线方法考察该大块锆基非晶合金及相应的晶态合金在55℃中性盐雾气氛下腐蚀120 h的腐蚀行为,并用金相显微镜、SEM和EDS对腐蚀前后试样的表面形貌和成分进行观察与分析.极化曲线测试结果表明,在55℃中性盐雾气氛下,大块锆基非晶合金比相同成分的晶态合金具有更好的耐盐雾腐蚀性能,腐蚀120 h后,Icorr=9.922×10-7A/cm2,比同条件下的晶态合金小3个数量级.SEM分析表明非晶合金表面没有发生明显的腐蚀,表面保持光洁.EDS分析表明非晶合金腐蚀产物为Al的氧化物,相应的晶态合金表面腐蚀产物为Al和Ni的氧化物.

机械合金化制备Zr_(50)Al_(15)Ni_(10)Cu_(25)非晶合金粉末的非晶化机制

用Zr,Al,Ni和Cu的元素粉末,采用机械合金化的方法在转速为400 r/min、球料质量比20:1的条件下制备具有非晶结构的Zr50Al15 Ni10Cu25粉末,研究其非晶化机制。用X射线衍和扫描电镜分析粉末的结构、晶粒尺寸和形貌。结果表明:在球磨8 h后可使Zr50Al15 Ni10Cu25混合粉末非晶化,晶粒尺寸约80 nm;球磨过程中并没有出现任何过饱和固溶体或者中间合金相,非晶化过程是由于球磨过程中球磨罐和磨球对粉末的不断冲击、剪切、摩擦和挤压,使混合粉末中的晶粒极度细化而直接转变为非晶态颗粒,得到非晶粉末。

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶态合金的制备与性能研究

采用石墨坩埚浇铸法在真空中频感应熔炼炉中制备Zr55Al10Ni5Cu30合金,并对合金进行了金相、X射线衍射和显微硬度的测试,考察原料纯度、过热度及冷却速率对非晶态合金性能的影响。结果表明,采用工业级原料就可以制备出性能良好的非晶态合金,在低的冷却速率下形成的非晶态合金具有相对较高的硬度,适当提高过热度可以减少微晶的形成。

Zr_(57)Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10)Nb_5非晶合金的高温压缩性能研究

通过高温压缩试验,研究了Zr_(57)Cu_(15. 4)Ni_(12. 6)Al_(10)Nb_5非晶合金在温度为411～461℃,应变速率为0. 0005～0. 1 s-1条件下温度和应变速率对流变应力的影响,并分析了应变速率敏感系数随温度和应变速率的变化趋势。运用示差扫描量热法(DSC)确定合金在各温度下的可加工时间,根据试验数据绘制出真实应力-应变曲线,计算得到应变速率敏感性指数,并利用X射线衍射(XRD)分析了热压后样品的组织。结果表明:合金在热压过程中的流变应力与温度负相关,与应变速率正相关,且符合"自由体积"理论。经过热压后的样品组织基本保持了非晶态。当温度为446～456℃、应变速率为0. 001～0. 01 s-1时,应变速率敏感性指数约等于1,可作为Zr57Cu15. 4Ni12. 6Al10Nb5非晶合金在过冷液相区的最佳成形条件。

Zr_(65)Al_(7.5)Ni_(10)Cu_(17.5)和Zr_(65)Al_(10)Ni_(10)Cu_(15)合金的非晶和晶态薄带吸氢行为研究

研究两种不同成分具有较大过冷液相区的四元合金Zr65Al7 5Ni1 0 Cu1 7 5和Zr65Al1 0 Ni1 0 Cu1 5非晶和晶态薄带吸氢行为,结果表明两种薄带的吸氢量均随着温度的升高而增大,非晶薄带的吸氢量要小于同等条件下的晶态薄带的吸氢量且只有在673K吸氢后形成了氢化物,Zr65Al7 5Ni1 0 Cu1 7 5非晶和晶态薄带吸氢后分别生成了Zr2 NiH4 7和ZrH2 ;而Zr65Al1 0 Ni1 0Cu1 5非晶和晶态两种薄带最后生成的氢化物同为ZrH2 。