铜基非晶合金非晶形成能力与塑性的改进

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1、铜基非晶合金非晶形成能力与塑性的改进可以由Cu43Zr43Al7Be7合成一种非晶合金。该合金有着大的过冷液相区（115℃）与可观的玻璃形成能力（Φ12mm）以极大的拉伸应变极限（8-9％），这些性质还未在其他的铜基非晶合金中共同被发现。由于原子尺度的差异，合金有着独特的结构特点，这可能是由于两相之间大的混合焓差异所导致的。这项研究论述了一种可能的机制，通过加入Al和Be元素来改变原子排列状态与原子尺度成分分离来同时合金的非晶形成能力与塑性。关键词：大块非晶合金液相分离塑性非晶形成能力1.引言由于经济性优于其他系

2、的非晶合金，因而人们投入相当大的努力研究铜基非晶合金。然而，合金的非晶形成能力（GFA）与延展性成为了限制其更广泛应用的主要障碍。在Cu-Zr书安详非晶合金被发现以后，Wangetal.宣布了三元Zr-Cu-Al合金系在距三元共晶点很宽的区域有着低的熔点。而其中的Cu50Zr43Al7合金拥有3mm的临界铸件直径和在单向压缩情况下7％的塑性。依据混乱原则，第四种元素的加入将在提高合金系的GFA上起着重要作用。不同的第四元素，如Ni，Ag，和Y，分别将三相合金系形成的四相非晶合金的GFA提高到6,8,10mm，塑性

3、增加到4,8,4%。合金的玻璃形成能力与塑性在表面上看是两种相互矛盾相互影响的特性，当原子近似无序排列时合金拥有大的GFA。因此，要合成拥有大的玻璃形成能力的非晶合金，可以合理的增加与当前成分中原子尺寸有较大差距的次要元素。相比之下，高的塑性则需要原子松散排列。一般来说，当成分钟的不同性质的元素混合时则可以获得松散结构。这种观点认为，一种获得松散排列结构的方法便是通过增加与主要元素结合时混合焓差别很大的次要元素，来获得原子尺度成分分离。通过这种方法，Xuetal.引入了有着正的热焓的大的金属元素Y。当Y代替Zr加

4、入Cu46Zr47Al7合金中可形成临界直径为10mm的铸棒。相比来看，原子尺寸最小的Be元素的引入，是另外的一种通过加入第四种元素来影响原子排列的途径。此次研究用Be元素作为第四元素加入到Cu50Zr43Al7合金中替代Cu形成Cu43Zr43Al7Be7。。尽管上述的结构对GFA与塑性的需求来说是矛盾的，但是Be元素加入到Cu50Zr43Al7使得合金的GFA（Φ12mm）与塑性（～7％）都有所增加。这篇文章说明了Be元素在和合金研发时可同时提高合金的GFA与塑性。希望有更详尽的论述能为同时提高合金的GFA与

5、塑性的设计指明方向。1.实验过程将适量的Zr(低纯度海绵，99.2％)，Al（99.99％）和Be(4wt.%inCu)在纯净的氩气环境中通过高压电弧熔炼，吸铸到不同直径的铜模型腔中，形成Cu43Zr43Al7Be7(inat.%)铸锭。采用热差分析仪（DSC，PerkinElmer，DSC7，USA）在流动的氩气环境中以每分30℃的升温速率测其热力学性质。DSC和X射线衍射仪（XRD）使用Cu钯放射来测定合金的GFA。在直径为1mm长2mm的试样上以10-4S-1的速率进行单向拉伸试验。这项工作的一大部分根据一

6、切的成像与分析技术来确定成分中元素的含量。分析性的扫面电子显微镜（TEM）通过一个电子场发射枪（FEG-STEM,FEITECNAITMG2,200kV,Netherlands)与Fischione高角环形暗场探测器(HAADF)对装载在Ti格上的小的电化学制样进行扫描。这步方案与扫描单元结合，将会使得HADDF在STEM的模式下用高的分辨率进行分析。（探针大小＜1nm）。图1（a）给出了直径分别为12mm和15mm的带状与棒状试样的XRD花样。直径小于12mm的试样有着宽的漫反射峰，说明合金为非晶态。这是迄今为

7、止所知道的铜基非晶合金中直径最大的。合金的另外一个显著的特征则是他的大的过冷液相区'，Tx=~115°C（图1（a）中的插入）。图1（b）为准静态压缩时的应力-应变曲线，给出了大小为∼2GPa的力和大的断裂应变.∼8.5％。表1列出了近来合金研究的其他的典型的热机械性能的对比。图1表11.结果与讨论。图2（a）给出了直径为1mm的Cu43Zr43Al7Be7毛坯铸件在HRTEM下的图像。它给出了一个完整的非晶结构以及相比之下结构偶遇成分之间的波动与联系的显著不同。然而，如图2（b）所示，HAADF-STEM图像显

8、示出一个黑灰对比的独立结构相。在HAADF-STEM模式下对试样进行扫描得到成分的周期性变化，如图2（c）所示，表明存在着一个分离相。如图2（b）所示的相位分离被认为是由于合金元素（这里是Al和Be）和主要元素（Cu和Zr）混合焓相差很大。Cu43Zr43Al7Be7中Al-Zr和Al-Cu两对之间的混合焓分别为44和1kJ/mol（在图2（b）中的表所见）。因此，铝原子