压强对Zr67Ni33非晶合金结构和动力学性能的影响

采用分子动力学的方法模拟Zr67Ni33合金液体在不同压强下快速凝固过程,通过结构分析方法如对分布函数、配位数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法,以及动力学参数如均方位移、自散射关联函数、非高斯参数研究压强对Zr67Ni33非晶合金局域原子结构和其过冷液体动力学性能的影响.研究结果表明:压强越大,Zr67Ni33非晶合金中Zr-Ni原子间的相互作用越强,体系结构有序性越强,过冷液体中动力学减慢和动力学不均匀现象越显著.

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.

Zr-Ti-Cu-Ni-Be大块非晶合金等温晶化过程相分离研究

利用差示扫描量热法(DSC)和透射电镜(TEM)对 Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 (at%)大块非晶合金的等温晶化 过程和析出相进行了研究。结果表明,大块非晶合金在等温晶化过程中表现出多阶段相析出行为,并且在不同的晶化 阶段,析出相也有所不同。在第 1 个晶化阶段,析出相主要是体心四方(b.c.t)结构的 Zr2Cu 相;而在晶化的第 2 个阶段,晶化相主要为简单六方结构的 ZrBe2相。从一定程度上证实了 Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金在发生晶化时 会形成富 Zr 区和富 Be 区,即有相分离的趋势。XRD 测试的结果也证实了非晶合金在发生完全晶化时,主要的晶化产 物为 Zr2Cu 和 ZrBe2相。

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。

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.

升温速度对Zr65Ni10Cu17．5Al7．5块体非晶合金晶化的影响

采用差示扫描量热法(DSC)研究了不同加热速率下Zr65Ni10Cu17.5Al7.5块体非晶合金从玻璃转变到熔融温度区间中的晶化过程。结果显示,在升温过程中该非晶合金的晶化过程存在3个阶段,每个阶段对应的晶化起始温度和晶化峰值温度都随升温速度的升高而向高温区域移动,并用JMA理论和热分析动力学进行分析。通过淬火并结合XRD分析,发现随着温度升高,对应这3个阶段的合金相是由准晶相经四方晶系的Al2Zr3和NiZr2混合相向四方晶系的CuZr2、立方晶系的NiZr2以及斜方晶系的Al3Zr2的混合相进行晶化转变,并且每个阶段的晶化产物和晶粒尺寸随升温速度的提高变化不大。并发现高升温速度下第二阶段的晶化对第一阶段有抑制作用。

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。

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。

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。

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。

压力对Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)块体非晶合金晶化行为的影响

介绍了用于压力测量的新型bridgman装置,并结合X射线衍射分析技术(XRD)研究了常压、高压条件下Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金的晶化。结果表明,在相同的退火条件下(400℃,退火3小时),增大压力有利于Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金的晶化;压力越大获得晶化相的晶粒尺寸越大。

Zr_(41)Ti_(14)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)块体非晶合金结构自由体积周围化学环境的研究

采用X射线衍射(XRD)、正电子湮没技术(PAT)-多普勒展宽谱,研究Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金及其过冷液相区结构自由体积周围的元素分布。结果表明:原始制备的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金其结构自由体积周围主要富集Zr原子,在过冷液相区(T=400℃)等温退火后,在该合金结构自由体积周围探测到Zr、Ti和Be原子。

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.

Ni_(59)Zr_(16)Ti_(13)Si_3Sn_2Nb_7非晶合金的晶化动力学

利用差热(DSC)分析等方法研究Ni59Zr16Ti13Si3Sn2Nb7非晶合金的非等温晶化动力学。结果表明:Ni59Zr16-Ti13Si3Sn2Nb7非晶合金的结构弛豫激活能(Eg)、晶化过程的形核激活能(Ex)和长大激活能(Ep)分别为568、616和640 kJ/mol;Avrami指数n值为3.51±0.03,n值不随加热温度的变化而变化,说明该非晶合金的晶化方式是多晶型晶化。原子尺寸差异和正负混合焓共存是Ni基非晶合金具有较高的热稳定性的主要原因。

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 。