以原子半径和电负性预测玻璃形成能力

提出了一个基于合金组元原子半径和电负性判断非晶形成能力的方法. 建立了原子半径差与电负性差之比Δd/Δe与临界冷却速度Rc的数值模型,并在所有五种不同合金系中获得一致且开口向上的抛物线关系. 在此基础上,设计并制备了四种不同成分的Zr-Al-Ni-Cu金属玻璃,并测量它们的临界尺寸Zmax、过冷液相区间ΔTx和约化玻璃转变温度Trg. 结果表明,Zr54Al13Ni15Cu18的玻璃形成能力最佳,而且用Δd/Δe模型预测的四种金属玻璃的玻璃形成能力顺序与所有实测参数(包括Zmax、ΔTx和Trg)表征的顺序基本一致. 因此,用Δd/Δe的预测方法比较同一合金系内不同合金之间玻璃形成能力的优劣是可靠的.     

基于动力学的大块金属玻璃形成能力研究

快速判定大块金属玻璃（BMG）的玻璃形成能力（GFA）是开发新型BMG的关键。基于加和性原则，用动力学理论解释了约化玻璃转变温度Trg作为合金玻璃形成能力的可行性和局限性，为制备非晶合金提供了理论依据，合金能形成BMG的最低Trg为0.4066，同时找到了玻璃形成能力最佳的两个理论约化玻璃温度，即Trg=1和Trg=0；提出了判定GFA大小及其稳定性的两个新的参量摩尔熔化热ΔHmg和稳定性CPS，并用它计算了BMG合金系的GFA大小及其稳定性，BMG的GFA大小顺序与井上明久（Inoue）的排列顺序吻合     

Ni基大块非晶合金的玻璃形成能力

计算已开发的镍基大块非晶合金玻璃形成能力的表征参数Trg、γ、δ、和φ.线性回归表明,这4个参数值与合金的临界直径Dmax之间不存在线性关系,说明它们不能很好地表征镍基非晶合金的GFA.计算镍基大块非晶合金的GFA预测参数λn和ε.结果发现,组元原子尺寸相差不大的镍基非晶合金的λn值大多集中在0.2附近.另外,Dmax与ε之间存在一定的线性关系,说明镍基大块非晶合金的临界直径Dmax与它的ε值成正比.在开发新的镍基非晶合金时,可以参考ε值来确定最佳的合金成分.     

镁基大块非晶玻璃转变的动力学性质

用真空吹铸法制备了直径2 mm的Mg65Cu25Y6Gd4与Mg65Cu25Gd10块体非晶合金棒,采用X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DTA)分别对非晶合金的结构和形成能力进行了研究.以Mg65Cu25Y6Gd4与Mg65Cu25Gd10大块非晶合金DTA实验为基础,利用Kissinger方程对其玻璃转变的动力学性质从不同方面进行了研究.分析结果表明:玻璃转变表观激活能与频率因子v0越小,玻璃转变处Lasocka关系的B值越大,则对于同一合金系表现出玻璃形成能力(GFA)越强,这一现象是由于大块非晶合金独特的结构特点所引起的.     

表征镁基非晶合金形成能力参数的评价

为了研究合金的物理、化学性质对非晶合金形成能力的影响,采用统计学方法研究了原子尺寸差σ、电负性差Δx、τ和φ各参数对镁基非晶合金形成能力的影响。结果表明:σ、Δx、τ和φ可有效表征镁基非晶合金形成能力,且以二次函数的拟合方式可比线性方式更好地描述合金原子堆垛密度、原子间的键合强度与非晶形成能力之间的关系,并可作为共晶团簇理论设计合金成分的参考标准和判定非晶形成能力和稳定性的理论依据;τ和φ充分考虑到了原子尺寸、电负性、元素百分比等物理因素对非晶合金形成过程的影响,准确地表征原子堆垛密度和原子间的键合强度,与临界制备尺寸的拟合程度优于其他表征参数,且具有计算简单和稳定性高的特点。     

悬浮熔炼-铜模吸铸法制备Cu50Zr42Al8块状金属玻璃

采用悬浮熔炼-铜模吸铸法制备了Cu基块状金属玻璃,对直径5.0 mm的Cu50Zr42Al8三元合金圆棒利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对合金的结构和热稳定性进行了测定.实验结果表明,该合金圆棒的组织为明显的非晶相,玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx的值分别为730 K与778 K,过冷液相区宽度ΔT值为48 K,临界冷却速度Rc为25.5 K/s,表明该合金具有较强的玻璃形成能力,悬浮熔炼-铜模吸铸法是一种适合于制备块状金属玻璃的方法.     

块体金属玻璃的物理时效——焓恢复研究

焓恢复是玻璃物理时效的一个重要特征,同时也是玻璃物理时效研究的常用方法之一．采用差热扫描热分析（DSC）的方法对Zr46.75Ti8.25Cu7．5Ni10—Be27.5大块金属玻璃的焓恢复进行系统的观测．DSC曲线上的亚玻璃转变温度瓦峰和“上颚突出”的演化表明块体金属玻璃的焓恢复具有典型性．对比分析研究发现自由体积模型本质上无法解释大块金属玻璃的焓恢复现象,而基于非线性和非指数性叠加的Hodge模型只能定性对焓恢复过程进行描述．结合块体金属玻璃的动力学研究结果对块体金属玻璃的焓恢复本质进行初步分析,认为块体金属玻璃的焓恢复是与其深过冷液体的动力学行为直接相关,进一步分析有待于进一步研究．研究显示大块金属玻璃是研究玻璃态物理时效问题的理想材料．深入认识金属玻璃中物理时效将有助于人们对玻璃本质的认识,同时也有助于人们有效使用和设计新型的大块金属玻璃．     

大块金属玻璃及高熵合金的合金化作用

摘要研究了合金化对大块金属玻璃和高熵合金的组织和性能的影响．结果表明Nb元素能有效改善W纤维／Zr基大块非晶复合材料的界面结合状态,从而改善材料的力学性能;稀土Y元素大的原子半径,使合金形成的晶体产生附加的晶格畸变能,从而降低晶体的稳定性,进而使得合金玻璃形成能力也相应提高,所产生晶格畸变能的大小与形成晶体的致密度有关;Mg基大块非晶合金可以通过合金化生成长周期相韧化的复合材料,从而具有优异的塑性变形能力和比强度;高熵合金通过适当合金化手段能够形成以无序固溶体为主的组织,并具有不弱于大块非晶合金的室温力学性能．     

母合金铸锭组织对Zr60Al15Ni25合金玻璃形成能力的影响

通过改变反复重熔次数获得了具有不同凝固组织的母合金铸锭.结果发现,母合金铸锭的凝固组织随着熔炼次数的增加而明显细化.通过差示扫描量热法(DSC)研究了母合金铸锭凝固组织对大块非晶形成合金Zr60Al15Ni25玻璃形成能力的影响.实验结果表明,随着母合金铸锭凝固组织的细化,非晶合金的玻璃转变温度Tg提高;约化玻璃转变温度Trg增大;合金的熔化焓ΔHf减小,凝固过程中的结晶驱动力降低,抑制了形核,有利于非晶的形成.由于结构的遗传性,细化的铸锭重熔至同一吸铸温度时,相应的合金熔体的短程序尺寸变小,在随后的快冷过程中保留到非晶基体中的短程序尺寸减小,非晶晶化时原子的重组变得困难,因而Tg提高.     

以原子半径和电负性表征镁基非晶形成能力

研究非晶形成能力表征参数,便于开发高非晶形成能力合金。针对镁基块体非晶合金,基于组元原子半径差参数σ和电负性参数Δx对合金结晶过程的影响,提出表征其非晶形成能力的新参数τ=Δxσ,将其表征有效性与目前文献报道的其他表征参数进行对比。线性回归模型分析表明,新参数与临界制备尺寸的拟合程度优于其他表征参数,用τ表征镁基合金非晶形成能力更可靠。与其他参数相比,τ受实验影响小,具有计算简单和稳定性高的特点。     

Zr50Cu50金属玻璃形成过程中自由体积与玻璃态转变温度关系的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟了Zr50Cu50金属玻璃的形成过程,并获得了不同温度下合金的原子构型.借助金属玻璃中自由体积量等于金属玻璃与对应晶体的体积差理论提出一种自由体积湮没速度法,对Zr50Cu50金属玻璃形成过程中的临界玻璃态转变温度Tc以及热力学玻璃态转变温度Tg进行预测.用该方法确定出的Tc(969.5K)与利用模式耦合理论计算获得的Tc(978.4K)接近;Tg(731K)与利用平均原子体积随温度变化关系曲线确定的Tg(725K)相近.运用自由体积湮没速度法计算的Tc和Tg无需计算各温度下的原子扩散系数,节省了计算时间.     

Ni-Fe-Zr-Si-B非晶合金的形成和热稳定性研究

通过旋铸急冷工艺在真空中制备出了(Ni0.75Fe0.25)78-xZrxSi10B12(x=1、3、5、8、10)合金带材,获得了镍基非晶合金.采用XRD、DTA等测试手段分析了该工艺制备的合金非晶条带,研究了Zr对该合金体系的非晶形成能力和热稳定性的影响.X射线衍射分析表明,该合金体系皆为完全非晶.Diamond TG/DAT差热分析仪对非晶薄带的热稳定性及其相关参数Tg、Tx、Tm等的测量分析表明,该合金系中(Ni0.75Fe0.25)70Zr8Si10B12的过冷液相区温度范围ΔTx达58.62 K,约化玻璃转变温度trg约为0.666,表明该合金具有较高的非晶形成能力和热稳定性.当Zr原子分数较小(x≤8)时,Zr的添加提高Tg、Tx,并扩大过冷液相区ΔTx,使合金的非晶形成能力和热稳定性增加;Zr原子分数较大(x>8)时,Zr的添加诱导富Zr-Ni和Zr-Fe的原子团的形成,这些原子团会成为均质形核的核心,降低合金的非晶形成能力和热稳定性.     

玻璃转变时非晶合金微观结构演变的新进展

在玻璃转变时,金属玻璃只吸收少量热量(与结晶化相比)却引起其物理和力学性能的巨大变化.为了研究玻璃转变时的原子结构演变,采用原位同步辐射X射线的方法测定了在温度连续变化的情况下Zr-Cu-Al金属玻璃的结构函数.纵观本研究:该材料原子级的热膨胀比宏观热膨胀要小,而且在玻璃转变温度以上时明显增大;超过玻璃转变温度时,最近邻原子对中键长较长的原子对数量的变化率!N/N0(N0代表原子对的数量)明显变大.此类现象既可以用我们建立的过渡区链接团簇的非晶原子结构模型解释,又有力地支持此模型.该模型包含三个主要部分:1)原子紧密结合的团簇;2)团簇之间的自由体积;3)连接团簇的过渡区.     

Mg65Cu25Y10-xLax块体非晶合金的玻璃形成能力

传统的非晶合金多为粉末或者薄带，这样就大大限制了非晶合金的许多优异性能的发挥以及在工业中的应用，因此研究开发块体非晶合金有重要的理论与应用价值．用真空吹铸法制备了直径2mm的Mg65Cu25Y10-xLax（x=0、0．35、1、2）块体非晶合金梓，采用X射线衍射（XRD）、差热分析（DTA）分别对非晶合金的结构和形成能力进行了研究．研究结果表明，x=2时，合金具有最高的玻璃形成能力（k=0．5872）；当x=0．35时，也就是当原子半径参数λ=0．18时，不但没得到共晶点的成分，反而其玻璃形成能力比Mg65Cu25Y10还差；当x=3、4时，此时在非晶基体中已经出现晶体相，说明其玻璃形成能力显著降低．     

铝元素的添加对铜（锆）基非晶形成能力的影响

采用铜模铸造的方法制备Cu50Zr40Ti10、Cu47.5Zr47.5Al5(Cu50Zr40Ti10)100-xAlx(x=2、4、6、8、10)几种合金,X射线衍射(XRD)实验检验Cu50Zr40Ti10、Cu47.5Zr47.5Al5和Cu49Zr39.2Ti9.8Al2三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:Cu47.5Zr47.5Al5大块非晶合金的非晶形成能力要高于Cu50Zr40Ti10和Cu49Zr39.2Ti9.8Al2两种大块非晶合金的非晶形成能力,在Cu50Zr40Ti10大块非晶合金中添加了原子分数为2%的Al后提高了非晶形成能力.     

钇对ZrCuNiAl系合金非晶形成能力的影响

利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热分析(DSC)研究了添加钇对Zr55 Cu30Ni5Al10Y(=0,1,2,3,4)非晶合金体系玻璃形成能力的影响。用铜模铸造获得的Zr55 Cu30Ni5Al10Y(=0,1,2,3,4)块体非晶合金的临界尺寸从直径6 mm增加到20 mm。分析认为,微量钇的添加可以与合金中的残留氧形成氧化物,降低氧对合金形成非晶态结构的负面效应。因此添加适量的稀土元素钇有利于提高Zr55 Cu30Ni5Al10Y非晶合金体系的玻璃形成能力。     

Ce - Al - Cu(贫Cu部分)的相关系及其金属玻璃的形成机制

采用X射线衍射(XRD)、差示量热(DSC)分析方法研究了Ce-Al-Cu(贫Cu部分)合金相关系及金属玻璃的形成.从Ce -A1- Cu三元系合金在熔铸态时的相关系组成图发现,Ce - Al - Cu金属玻璃形成的成分范围主要集中在CeAl+ Ce3Al+ Ce2 AlCu2,Ce3 Al+ Ce2AlCu2+ Ce...     

球形波冲击压缩后Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块金属玻璃的损伤与断裂特性研究

研究了Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22．5大块金属玻璃在不同速度的球形弹丸高速撞击下的损伤与断裂特性。通过表面形貌、X射线衍射谱的变化情况，可以看出．随着弹丸速度的增加，弹坑变成球形，弹坑深度逐渐增大，剪切带／裂纹有轻微增大，弧形损伤带是球面波高速撞击后的独特损伤行为。球形弹丸高速撞击作用下大块金属玻璃的晶化和常温退火与静高压下非晶态合金的晶化有着不同的机制。     

氢气吸收法制备GdFe2非晶合金的机理分析

运用Ｘ射线衍射方法研究了金属间化合物ＧｄＦｅ２在氢气吸收中的结构变化，结果表明，ＧｄＦｅ２在３００Ｋ吸收氢气后体积膨胀，但无结构变化，形成Ｃ－ＧｄＦｅ２Ｈ４．１合金，在３００－５００Ｋ之间形成非晶态合金ａ－ＧｄＦｅ２Ｈ３．０。在５２３Ｋ以上，则分解成α－Ｆｅ和ＧｄＨ２两相。从氢化物的生成焓变化可知，ＧｄＦｅ２的非晶化驱动力来源于晶态与非晶态中Ｈ原子所处位置不同而具有的能量差。     

Co对Nd-Fe基非晶合金玻璃形成能力及磁性能的影响

为研究Co元素的添加对Nd-Fe基非晶玻璃形成能力及磁性能的影响,利用铜模冷却法成功制备直径为5mm的棒状Nd60FexCo30-xAl10(原子百分比)大块非晶态合金,X射线衍射(XRD)检验,当Co含量为25%时,Nd60Fe5Co25Al10合金为完全非晶态,其余成分均有不同程度的晶化.对样品进行差示扫描量热分析(DSC)考查样品的热稳定性,结果显示:Co含量减少,晶化发生的温度有所降低.最后利用VSM磁性能测量设备,对上述成分的非晶合金进行磁性能测试,结果显示:相对于矫顽力而言,剩磁随Co含量的变化呈现出近似线性关系,随着Co含量的增加不断下降.