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zr基块体非晶合金微通道阵列过冷液相区压印工艺

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材料科学与工艺 2017年第2期25卷 10-15页

作者：程思锐王春举单德彬郭斌哈尔滨工业大学大学材料科学与工程学院金属精密热加工国家级重点实验室(哈尔滨工业大学) 中航工业北京航空制造工程研究所

本文利用zr;Ti;Cu;Ni;Be;（Vit1）块体非晶合金对不同宽度的微通道阵列进行充填实验,并研究了形腔宽度、压印载荷与温度对微通道阵列充填高度的影响规律.实验结果表明,随着型腔宽度和压印载荷的增加,微通道充填高度逐渐上升.这就意味着... 详细信息

本文利用zr;Ti;Cu;Ni;Be;（Vit1）块体非晶合金对不同宽度的微通道阵列进行充填实验,并研究了形腔宽度、压印载荷与温度对微通道阵列充填高度的影响规律.实验结果表明,随着型腔宽度和压印载荷的增加,微通道充填高度逐渐上升.这就意味着较高的载荷和型腔宽度有利于Vit1块体非晶合金在微通道中了流动.成形温度由673 K上升至703 K时,微通道充填高度由9.1μm增加至46.6μm;然而,当实验温度达到713 K时,微通道阵列的充填高度急剧下降至26.9μ***结果显示,在713 K下成形后的试样中存在大量亚稳态的晶化相,非晶基体中的晶化相会增大材料的流动阻力,从而降低其对微通道阵列的充填能力.因此,Vit1合金微通道阵列成形温度区间应控制在673;03 K.

关键词： zr基块体非晶合金 Si模具微通道阵列压印微成形性能

Nb对zr基块体非晶合金热稳定性、非晶形成能力及机械性能的影响

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金属学报 2005年第5期41卷 534-538页

作者：孙民柳林王敬丰刘兵华中科技大学材料科学与工程学院塑性成型及模具技术国家重点实验室武汉430074

利用水冷铜模铸造法成功制备了(zr70Ni10Cu20)90-xNbxAl10(x=0,2,5,7)块体非晶合金,采用XRD,DSC 和DTA研究了Nb对该合金体系热稳定性和非晶合金形成能力(GFA)的影响.结果表明,适量Nb的添加可有效提高该合金的GFA和热稳定性.当Nb含量为x=... 详细信息

利用水冷铜模铸造法成功制备了(zr70Ni10Cu20)90-xNbxAl10(x=0,2,5,7)块体非晶合金,采用XRD,DSC 和DTA研究了Nb对该合金体系热稳定性和非晶合金形成能力(GFA)的影响.结果表明,适量Nb的添加可有效提高该合金的GFA和热稳定性.当Nb含量为x=2时,合金具有最宽的过冷液态区(△Tx=119 K)和最大的非晶形成能力(参数γ=Tx/(Tg+Tl=0.435).Nb的适量添加也有利于提高块体非晶合金的强度和塑性应变,其中x=2的块体非晶的抗压强度和断裂应变量分别达到1783 MPa和11.1%.

关键词： zr基块体非晶合金热稳定性非晶形成能力机械性能

高Cu高强zr基块体非晶合金的制备与力学性能(英文)

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稀有金属材料与工程 2008年第2期37卷 320-324页

作者：张翠梅惠希东刘雄军陈国良北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

利用铜模铸造的方法制备了(zr41.2Ti13.8Ni10Be22.5)1-x/87.5Cu12.5+x (x=1.6,6,11.2)块体非晶合金及其复相组织,分析了合金的相组成、热稳定性、力学性能及断口形貌。结果表明:随着铜含量的不断增多,尽管过冷液相区(△Tx)逐渐增大,但... 详细信息

利用铜模铸造的方法制备了(zr41.2Ti13.8Ni10Be22.5)1-x/87.5Cu12.5+x (x=1.6,6,11.2)块体非晶合金及其复相组织,分析了合金的相组成、热稳定性、力学性能及断口形貌。结果表明:随着铜含量的不断增多,尽管过冷液相区(△Tx)逐渐增大,但非晶形成能力却不断下降。当合金的铜含量提高到 18.5%时,非晶合金的压缩断裂强度达到 2.2 GPa,进一步增加铜含量到 23.7%,压缩强度出现下降趋势。

关键词： zr基块体非晶合金玻璃形成能力压缩断裂强度

热处理和深冷循环处理对zr基块体非晶合金结构和性能的影响

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中国有色金属学报 2021年第8期31卷 2185-2197页

作者：赵珍祥李春燕李新玲寇生中兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050

采用X射线衍射分析仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能力学试验机、扫描电子显微镜(SEM)及电化学工作站等研究退火以及深冷循环处理对zr基块体非晶结构和性能的影响。结果表明:经玻璃转变温度T_(g)及以下温度退火处理后的试样呈非晶态... 详细信息

采用X射线衍射分析仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能力学试验机、扫描电子显微镜(SEM)及电化学工作站等研究退火以及深冷循环处理对zr基块体非晶结构和性能的影响。结果表明:经玻璃转变温度T_(g)及以下温度退火处理后的试样呈非晶态。随着退火时间的延长,合金试样热稳定性减弱、耐腐蚀性逐渐增强、压缩塑性呈现先增强后减弱趋势,在500 K(0.6T_(g))保温30 min时塑性应变ε_(p)达16.44%。退火态(0.6T_()g,保温30min)合金试样经深冷循环处理后仍呈非晶态。随着循环次数的增加,合金试样热稳定性增强、耐腐蚀性逐渐增强、压缩塑性逐渐优化,当循环90次时塑性应变ε_(p)达19.05%。综上所述可知,适当的退火处理工艺与深冷循环处理可以有效地提升zr基块体非晶合金性能。

关键词： zr基块体非晶合金退火处理深冷循环处理原子结构力学性能

Al含量对zr基块体非晶合金力学性能的影响

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稀有金属 2015年第4期39卷 300-307页

作者：李春燕寇生中赵燕春袁小鹏袁子洲兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

用铜模吸铸法制备了(zr64.8/90Cu14.85/90Ni10.35/90)90+xAl10-x(x=-4,-3,-2,0,2,4,6)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜(SEM)研究了Al含量对zr基块体非晶合金力学性能的影响。结果表明:随着Al含量的减... 详细信息

用铜模吸铸法制备了(zr64.8/90Cu14.85/90Ni10.35/90)90+xAl10-x(x=-4,-3,-2,0,2,4,6)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜(SEM)研究了Al含量对zr基块体非晶合金力学性能的影响。结果表明:随着Al含量的减小,合金先是从非晶相为主的非晶/晶体复合材料转变为完全非晶材料,接着转变为以晶体相为主的非晶/晶体复合材料,最后转变为完全晶体材料。表明通过调整Al的含量,可以制备出具有完全非晶结构的zr基块体非晶合金。当x=-2时,即合金成分为zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12时,合金为完全非晶结构,该合金的室温压缩塑性应变达到20.6%,应力-应变曲线体现出了'加工硬化'特性,屈服强度σs、极限强度σm和断裂强度σf分别为1740.6,2030.7和1510.5 MPa。表明通过调整Al的含量,可以制备出具有优良室温压缩塑性的zr基块体非晶合金。随着Al含量的减小,合金试样的显微硬度的总体趋势为先增大再减小。当x=2时,合金为非晶/晶体复合材料,该合金具有较高的显微硬度HV719.8。

关键词： zr基块体非晶合金力学性能塑性应变加工硬化显微硬度

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zr基块体非晶合金的生物相容性

Zr基块体非晶合金的生物相容性

作者：刘方瑜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文以一种无Ni型zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金为对象，并以zr-Cu-Ni-Al、zr-Ti-Ni-Cu-Al、Ti-zr-Ni-Cu-Be等块体非晶合金以及医用纯Ti及Ti-6Al-4V合金作为对照组，分析了其微观组织及力学性能，并研究了各合金试样的摩擦... 详细信息

本文以一种无Ni型zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金为对象，并以zr-Cu-Ni-Al、zr-Ti-Ni-Cu-Al、Ti-zr-Ni-Cu-Be等块体非晶合金以及医用纯Ti及Ti-6Al-4V合金作为对照组，分析了其微观组织及力学性能，并研究了各合金试样的摩擦磨损特性、体外的生物腐蚀性能、细胞毒性以及动物体内的植入试验，进而综合评价zr基块体非晶合金试样的生物相容性。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及差示扫描量热仪(DSC)分析了各块体非晶合金的微观组织和热性能。由高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图像的自相关函数(ACF)计算可以得出，随着非晶合金直径的增加，其微观组织更趋向于有序化，即含有更少的自由体积。而DSC曲线玻璃转变温度(Tg)点之前的结构弛豫峰也表明，非晶合金试样的自由体积随着直径的增大而减少。硬度测试以及室温压缩测试的结果表明，zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金试样具有较大的硬度以及较好的压缩塑性。结合合金试样的断口形貌观察及微观组织分析，该非晶合金的硬度值与Tg呈正相关，即Tg越大，非晶合金的硬度值越大。此外，非晶合金的塑性变形能力随着其自由体积数量的增多而增大。通过摩擦磨损性能测试以及磨损形貌可知，合金试样的磨损程度随着直径的增加而减小，即较大直径的zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金试样具有较小的摩擦系数以及较浅的磨损形貌。相比于其余几种非晶合金以及医用纯Ti和Ti-6Al-4V合金而言，该块体非晶合金试样体现出最佳的耐磨损性能。对各合金试样在模拟生理环境中进行了生物腐蚀评价，其电化学腐蚀测定的极化曲线及相应的电化学参数表明，腐蚀过程中，各合金试样的表面均形成了一层钝化膜，而且zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金呈现出最好的耐腐蚀性能。在人工模拟体液(SBF)中进行的浸泡实验表明，浸泡一段时间后，各合金试样的表面出现了不同程度的沉积层，其中zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金试样表面的Ca/P原子比接近人骨，表明其具有较好的生物活性。对L929细胞进行体外培养，通过测定细胞在各合金试样浸提液中的生长形态及活性，评定zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金的细胞毒性为1级，适合作为生物医用材料使用。将非晶合金以及Ti-6Al-4V合金植入体放入试验大白兔的股骨头内侧，观察取出后的材料与骨头的生长结合情况，研究发现，zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8块体非晶合金植入体与骨组织结合更为紧密，表面有更多的Ca、P元素的富集，即具有良好的生物相容性。

关键词： zr基块体非晶合金力学性能摩擦磨损生物腐蚀生物相容性

zr基块体非晶合金的摩擦磨损行为及机理研究

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Zr基块体非晶合金的摩擦磨损行为及机理研究

作者：廖振龙福建工程学院

学位级别：硕士

耐磨性能是材料在工程应用中的一个重要性能指标。为了促进非晶合金在结构材料领域中的应用,本文以zr基块体非晶合金为研究对象,系统研究了合金成分、结构以及对偶件形状参数等条件对zr基块体非晶合金摩擦磨损行为及机理的影响。首先,... 详细信息

耐磨性能是材料在工程应用中的一个重要性能指标。为了促进非晶合金在结构材料领域中的应用,本文以zr基块体非晶合金为研究对象,系统研究了合金成分、结构以及对偶件形状参数等条件对zr基块体非晶合金摩擦磨损行为及机理的影响。首先,研究了合金成分对zr基非晶合金干摩擦磨损行为及机理的影响。zrAlNiCu、zrAlCoAg、zrAlCo和zrAlCoPt块体非晶合金的比磨损速率在14.25-18×10 mm·mm·N之间变化,摩擦系数约为0.6-0.7,磨损机制均为磨粒磨损和氧化磨损。不同合金成分的zr基非晶合金具有不同的硬度和泊松比,其耐磨性受到硬度和韧性协同作用影响。此外,实验研究发现Pd基、Fe基、Ti基、Hf基、zr基和Mg基等非晶合金的耐磨性与硬度和泊松比存在相关性,硬度和泊松比越高,非晶合金的耐磨性越好。其次,研究了对偶件尺寸对zrAlNiCu块体非晶合金的微刮擦行为及机理的影响。随着对偶件尺寸从毫米级别减小到微米级别,zrAlNiCu块体非晶合金在微刮擦条件下的磨损机制均为磨粒磨损,并没有出现干摩擦条件下的氧化磨损现象。zrAlNiCu块体非晶合金的应力分布模拟计算结果表明,非晶合金在低应力条件下的应力集中主要分布在样品表面,刮擦损伤主要受塑性变形控制;在高应力条件下,应力集中则主要分布在距离样品表面一定深度的亚表层区域,此时其刮擦行为则主要以剪切带和微裂纹的形核与扩展为主。最后,采用真空热处理获得不同退火态的zrAlNiCu合金样品,研究合金结构对zr基非晶合金干摩擦磨损行为及机理的影响。实验结果表明,随着退火温度的升高,zrAlNiCu合金的比磨损速率降低,磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损共同控制。真空退火处理降低了zrAlNiCu合金在摩擦过程中的抗氧化性,退火温度越高,合金样品在摩擦过程中的氧化现象越明显。非晶合金的硬度随着退火温度的升高而提高,当非晶合金出现晶化现象时硬度显著提高,这与摩擦过程表面生成更多的高硬度的氧化物有关。综上所述,zr基块体非晶合金的比磨损速率主要是硬度和泊松比协同作用的结果,其磨损失效方式与磨痕的应力分布状态密切相关,并且可以通过非晶合金的结构驰豫和结晶来进一步增强zr基块体非晶合金的耐磨性。

关键词： zr基块体非晶合金干摩擦磨损行为成分对偶件退火处理

zr基块体非晶合金玻璃形成能力与压铸成型工艺研究

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Zr基块体非晶合金玻璃形成能力与压铸成型工艺研究

作者：王浩杰深圳大学

学位级别：硕士

zr基块体非晶合金(Bulk metallic glasses)因为优异的机械强度、抗化学腐蚀性能和电磁性能,已在众多尖端领域广泛应用,其中以消费型电子器件为主的精密结构件制造最为普遍。实际精密结构件尺寸和结构特征差距较大,如薄壁件、窄边件、环... 详细信息

zr基块体非晶合金(Bulk metallic glasses)因为优异的机械强度、抗化学腐蚀性能和电磁性能,已在众多尖端领域广泛应用,其中以消费型电子器件为主的精密结构件制造最为普遍。实际精密结构件尺寸和结构特征差距较大,如薄壁件、窄边件、环形件和杆件,铸件成型难度不一,对其压铸成型工艺进行研究具有深远的理论和工程意义。本文采用铜模铸造法制备了zrCuNiAl和zrCuNiTiAl块体非晶合金;通过表征和分析探究了熔化温度、铸造压力等工艺参数对非晶合金的玻璃形成能力、玻璃稳定性、压铸成型性能和铸件质量的综合影响;并以过冷液动态粘度为桥梁,建立了熔液凝固形成块体非晶的能力和流动变形行为的工艺关联;针对不同的合金成分,选择和设计合理的精密结构件与铸型,并最终实现了多种精密结构件的压铸成型。(1)选择力学性能和工艺性能较好的zrCuNiAl和zrCuNiTiAl块体非晶合金为研究对象,分析电弧熔炼对合金成分的影响;研究熔化温度、铸造压力和化学成分对zr基合金非晶形成能力的影响。研究表明:提高熔化温度,合金的非晶形成能力先提高至最大值,而后迅速降低。zrCuNiAl拥有更强的非晶形成能力,其非晶临界尺寸可达8 mm,zrCuNiTiAl的非晶形成能力对工艺温度有更好的宽容度。在工艺范围内,铸造压力变化对合金的非晶形成能力和玻璃稳定性无明显影响。(2)通过研究熔化温度、铸造压力和化学成分对合金压铸成型性能和铸件质量的影响,并将合金的非晶形成能力与压铸成型性能紧密联系。研究表明:提高熔化温度和铸造压力均有利于提高非晶合金的压铸成型性能,但受熔化温度影响,合金的非晶形成能力对压铸成型性能有限制作用,熔液在不同凝固阶段的粘滞效应决定着熔液的塑性流变行为和玻璃化转变。中温和高压条件有利于发挥非晶合金的临界尺寸和流动成型优势,实现高质量非晶精密结构件成形。(3)通过对非晶精密结构件压铸成型工艺的研究,综合考虑精密结构件形状和尺寸特点,对模具的浇注位置、分型面、加工余量、脱模角度和圆角设计等进行探讨,最终成型制造了多种非晶精密结构件,并对非晶合金成型制造大尺寸、复杂精密结构件的工艺问题提出改进设想。

关键词： zr基块体非晶合金压铸成型工艺非晶形成能力压铸成型性能精密结构件

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zr基块体非晶合金疏水性表面的构造

Zr基块体非晶合金疏水性表面的构造

作者：耿家伟烟台大学

学位级别：硕士

基于荷叶表面的自清洁效应,材料表面的疏水性能受到广泛关注,表面的超疏水性能更是受到材料、仿生、高分子等领域的青睐成为研究热点之一。对于固体材料,其表面能及表面微结构是决定表面超疏水性的最关键因素。传统金属材料由于自身晶... 详细信息

基于荷叶表面的自清洁效应,材料表面的疏水性能受到广泛关注,表面的超疏水性能更是受到材料、仿生、高分子等领域的青睐成为研究热点之一。对于固体材料,其表面能及表面微结构是决定表面超疏水性的最关键因素。传统金属材料由于自身晶粒尺寸及晶界效应导致难以在其表面构造理想的微纳复合结构,而其在力学性能和耐腐蚀性能等方面有局限性,导致即使在其表面构造了微纳复合结构,材料的应用范围也受到较大限制。而非晶合金的高强度、高硬度和高耐腐蚀性能等方面都具有独特的优势,具有广泛的应用前景。本论文选用玻璃形成能力大、热稳定性高的(zrCuAlNi)Y和(zrNbCuNiAl)Lu块体非晶合金作为研究对象,通过化学浸泡腐蚀和电化学腐蚀的方法在其表面构造微纳复合结构,并通过低表面能的硬脂酸进行再修饰以获得疏水性的表面。化学浸泡实验表明,(zrCuAlNi)Y试样在不同比例的HF:HO:HO腐蚀液后表面接触角没有明显增加,表明其表面疏水性没有发生明显改善。(zrNbCuNiAl)Lu试样在HF:HO:HO=1:1:12(单位为ml)浓度下腐蚀,每次腐蚀1min,腐蚀10次,其表面接触角由未腐蚀前的57°提高到98°,试样表面的疏水性能由腐蚀前的亲水性转变为疏水性;SEM分析表明,腐蚀后表面形成了微米孔洞,其周围存在许多微纳米级的颗粒,这些微米和纳米结构共同在试样表面构成了微纳复合结构。电化学腐蚀实验表明,(zrCuAlNi)Y试样在5vol%的盐酸溶液中,在50mA恒电流下腐蚀45min后,表面接触角能由未腐蚀前的67°提高到153°,其表面由亲水性转变为超疏水特性;SEM观察发现试样表面均匀分布着微米孔洞,孔洞壁上有微米凸起,纳米级颗粒分布在凸起上,构成了微纳复合结构。在同样腐蚀条件下,(zrNbCuNiAl)Lu试样腐蚀35min后表面接触角由未腐蚀前的57°增加到148°;SEM分析可知,腐蚀后试样表面上均匀分布着微米级孔洞,孔洞周围的球状颗粒上存在更小的纳米凸起,这些微观组织相互交错共同构成了微纳复合结构。

关键词： zr基块体非晶合金疏水性化学腐蚀电化学腐蚀微纳复合结构表面