非晶合金及异质结构金属材料的强韧化机理研究
铁基非晶合金耐腐蚀性能研究进展
溶 液 中显示极 高 的耐腐 蚀性 能 。在 １ ＨＣＩ Ｍ 溶液 中， 非品态 Ｆ 一１ —ｌＰ Ｃ合金 条 带没 有 腐蚀 现象 ｅ ０ ３ 一７ 发生 ， 晶态 的 ３４不锈 钢 （ ｅ ８ ｒ ８ ） 但 ０ Ｆ 一１Ｃ － Ｎｉ的腐 蚀速 度却达 到 了 ｌｍｍ／ （ １ 。合 金高耐 蚀 性 的主要 年 图 ）
浓 ＨＣ 溶液 中表 现 了极高 的耐腐蚀 能力 ， １ 腐蚀 速度 只有 １ ～１ ｒｍ／ （ ２ ； １Ｎ ＨＣ 溶 液 中（ ０ Ｏ ａ 年 图 ）在 ２ １ 参
比电极 为 Ａｇ Ａｇ １， 金 阳极 极化 至 ＋１ ｏ 还没有 点蚀 现象 发生 。 ／ Ｃ）合 ．ｖ
铁 基非 晶热 喷涂层 正尝试 应 用于 海军 舰 船 及核 燃 料储 存 罐 等设 备 上 。Ｆ ｒ ｒ 人 用 超音 速 火 焰 喷 ａｍｅ 等
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ｌ ７ ０ ｌ ５ １ １ ５ ） 山 东省杰 出青年 基金 （Ｑ２ Ｌ １） 潍坊 学院博士科研 基金项 目 ５ １ １９ ， １７ １２ ； Ｊ ＯＯ２ ；
（ ０１ Ｂ ２ ） ２ ２ Ｓ ４
作者简介 ： 马海健（ ９Ｏ 。 山 东安丘人 ， １７ 一） 男， 潍坊学院机 电与 车辆工程 学院讲 师 ， 工学博 士。研 究方向 ： 液态金属及 其成型控制 ， 非晶态金 属的制备 、 结构及性 能 ， 纳来功 能材料 。
一 （ ）ｐ ） ｅ（ ｘ一
要 与表 面活性 原 子数量 ａ及合 金 的 电化学 活化 能 Ａ 有关 。 Ｇ
一
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其 中 ：走 ｈ 为频 率 因子 （ １ ５ ； Ｇ （ Ｔ／ ） ≈ ０ 一） Ａ 为 电化 学 活化 自川 能 ； 为 单位 面 积上 的原子 数 （ １ Ｎｓ ≈ ０
C06.金属基复合材料
16:50-17:02 C06-44 预拉伸处理对原位自生 TiB2/Al-Cu-Mg 复合材料微观组织 和力学性能的影响 汪明亮*1,2，耿继伟 1,2，刘根 1，陈东 1，李险峰 1，王浩伟 1,2 1. 上海交通大学 2. 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室
17:02-17:14 C06-45 原位自生 TiCx -Ni3(Al, Ti)/Ni 基功能梯度复合材料的制备及 性能研究 于群，黄振莺*，郑光明，胡文强，雷聪，王渊博，焦一丹， 翟洪祥 北京交通大学
13:50-14:10 C06-32 (Invited) 高强韧性双模态碳纳米管/铝基复合材料的制备与加工 肖伯律* 中国科学院金属研究所
14:10-14:22 C06-33 纳米氧化钇颗粒增强镍基复合材料的协同强化机理研究 杨超* 上海交通大学
14:22-14:34 C06-34 微/纳双尺度颗粒增强 Cu-Zr-B 系复合材料组织及性能研究 邹存磊*1，王同敏 2，董闯 1 1. 大连交通大学 2. 大连理工大学
09:46-09:58 C06-51 一步法合成氧化还原石墨烯包裹的钴铁合金用于 4-硝基酚 高效降解 雷博森* 西安交通大学
09:58-10:10 C06-52 微观层，谢明 2 1. 昆明理工大学 2. 昆明贵金属研究所
10:10-10:22 C06-53 原位生长石墨烯/铜复合材料的热传导性能 曹怀杰*，熊定邦 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室
14:10-14:30 C06-03 (Invited) 异质结构碳纳米管/铝复合材料的结构优化与强韧化机理 刘振宇*，肖伯律，马宗义 中国科学院金属研究所
《Z型CeO2-x-Bi2SiO5异质结的构筑及其光催化油酸酯化反应性能研究》范文
《Z型CeO2-x-Bi2SiO5异质结的构筑及其光催化油酸酯化反应性能研究》篇一Z型CeO2-x-Bi2SiO5异质结的构筑及其光催化油酸酯化反应性能研究一、引言随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，光催化技术因其高效、环保的特性，已成为科研领域的重要研究方向。
其中，光催化油酸酯化反应是生产生物柴油等可再生能源的重要途径。
Z型CeO2-x/Bi2SiO5异质结作为一种新型的光催化剂，具有优异的光催化性能和良好的化学稳定性，其在光催化油酸酯化反应中的应用具有重要的研究价值。
本文旨在研究Z型CeO2-x/Bi2SiO5异质结的构筑及其在光催化油酸酯化反应中的性能。
二、Z型CeO2-x/Bi2SiO5异质结的构筑1. 材料选择与制备本实验选用CeO2-x和Bi2SiO5作为主要材料，通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧工艺，制备出Z型CeO2-x/Bi2SiO5异质结。
其中，CeO2-x具有良好的光吸收性能和氧化还原能力，而Bi2SiO5具有较高的化学稳定性和较大的比表面积，两者的复合有望提高光催化性能。
2. 异质结的构筑在制备过程中，通过控制煅烧温度和时间，使CeO2-x和Bi2SiO5形成紧密的界面接触，从而构筑出Z型异质结。
该异质结具有独特的电子传输和分离机制，有利于提高光生电子和空穴的分离效率，从而增强光催化性能。
三、光催化油酸酯化反应性能研究1. 实验方法以Z型CeO2-x/Bi2SiO5异质结为光催化剂，油酸和甲醇为原料，进行光催化油酸酯化反应。
通过改变催化剂用量、反应时间、光照强度等条件，探究不同因素对反应性能的影响。
同时，采用气相色谱法对反应产物进行定量分析，评估催化剂的活性。
2. 结果与讨论实验结果表明，Z型CeO2-x/Bi2SiO5异质结在光催化油酸酯化反应中表现出良好的催化性能。
在最佳反应条件下，催化剂表现出较高的酯化率，且反应时间较短。
此外，该催化剂具有良好的化学稳定性和可回收性，可重复使用多次而性能不降低。
非晶合金材料热稳定性与导电性能研究
非晶合金材料热稳定性与导电性能研究随着科技的不断发展，各种新材料的出现不断地推动着科学技术的进步。
在这些材料中，非晶合金材料是其中一种备受关注的材料。
该材料通过高温快速冷却的方式来制造，具有独特的特性，如高强度、高韧性、高耐蚀性等。
同时，其导电性能也很出色，是一种重要的功能材料。
然而，非晶合金材料的热稳定性一直是制约其应用的主要问题之一，因此，对非晶合金材料的热稳定性与导电性能的研究具有重要的意义。
一、非晶合金材料的制备及其结构首先，了解非晶合金材料的结构，对深入研究其热稳定性和导电性能很有帮助。
非晶合金材料是由金属原子或离子组成的无序晶体结构，在材料制备过程中，通常采用快速冷却的方式使金属在极短的时间内的迅速固化，从而得到非晶态结构。
与晶态材料相比，非晶合金材料的结构具有几个突出的特点。
首先，其原子排列无序，没有长程周期性结构，其结构在不同尺度上呈现出分形特性。
其次，非晶合金材料对应的实际结构空间非常大，可以包括单元格尺寸在数十毫米到几毫米的尺寸级别，因此具有非常好的疏松性和弹性特性。
此外，由于非晶态结构中没有明显的晶界和晶面，非晶合金材料具有较小的晶界局限效应和强化效果，这也使得非晶合金材料在力学性能、导电性能、化学稳定性等方面都具有很好的表现。
二、非晶合金材料的热稳定性问题尽管非晶合金材料具有各种出色的特性，但可以看到，在长期应用中，其热稳定性问题越来越突出。
据统计，非晶合金材料在高温下很容易发生结构分解、固溶体析出和固相反应等热稳定性问题，因此在高温环境下应用非常有限。
此外，热稳定性问题也制约了非晶合金材料的制备过程和使用范围。
非晶合金材料的热稳定性问题具有复杂性和多样性，其发生的机制与材料的成分、结构、制备工艺等因素密切相关。
普遍认为，非晶合金材料的热稳定性问题源于其结构不稳定，结构在高温下发生了相变或结构松散，因此导致热稳定性降低，进而影响材料功能及应用范围。
从理论上来说，通过优化非晶合金材料的制备工艺，可在一定程度上抑制其热稳定性问题。
一文读懂金属材料的晶粒细化方法
蚀性和加⼯性。
轻⾦属的晶粒尺⼨对耐蚀性能的影响亚微⽶的晶粒组织还可以在⾼温下表现出低温超塑性和⾼应变速率超塑性。
晶粒尺⼨对材料流动应⼒的影响2钢铁材料的晶粒细化⼯艺⽬前实现钢铁材料晶粒细化的⽅法主要有：冶⾦处理细化、热处理与加⼯⼯艺、磁场或电场处理细化、机械球磨法、⾮晶晶化法。
凝固组织细化技术由⾦属凝固理论可知，等轴晶的形成条件是：凝固界⾯前沿的液相中有晶核来源，在液相中存在晶核形成和⽣长所需的过冷度。
因⽽对⾦属和合⾦材料凝固组织的细化，⽆外乎是基于以下的基本原理：增加液相中的形核质点，提⾼形核率；降低晶核的长⼤速度或抑制晶核的长⼤；控制结晶前沿的温度分布等。
⽬前，⾦属凝固组织细化⽅法主要有四类:（1）浇注过程和传热条件控制⽅法;（2）化学处理⽅法；(3)机械处理⽅法；（4）外加物理场⽅法。
浇注过程和传热条件控制⽅法浇注过程和传热条件控制⽅法包括浇注⼯艺控制技术、低温浇注、提⾼冷却速度和增加过冷度等。
在铸件浇注过程中，通过控制浇注⼯艺，如进⾏缓慢浇注或合理设置浇⼝等措施，能细化⾦属凝固组织。
除了控制浇注⽅式外，降低浇注过热度，在接近于液相线温度下浇注也是细化凝固组织、扩⼤等轴晶区的有效⽅法。
提⾼冷却速度快速凝固可明显细化⾦属的凝固组织，获得⾮常好的细化效果。
薄板坯连铸⼯艺使铸坯的凝固冷却速率提⾼1~2个数量级，快速凝固使⼆次枝晶臂间距减⼩，最⼩臂间距可达到亚微⽶级。
铸坯⼆次枝晶间距与冷却速率的关系在提⾼冷却速度基础上，通过去除液相中的异质晶核(熔体净化)，抑制低过冷度下的形核，使合⾦液获得很⼤过冷度，在⼤过冷度下产⽣爆发式形核，也能细化⾦属凝固组织，该⽅法即为深过冷凝固技术。
熔体的凝固速率与其过冷度有关，过冷度越⼤，凝固速率越快。
化学处理⽅法化学处理的⽅法是指向⾦属熔体中添加少量的化学物质或化学元素。
这种物质⼀般称为孕育剂或变质剂。
该⽅法操作简便，细化效果显著。
但要求孕育剂细⼩且弥散才能有效细化晶粒，否者将影响钢铁材料的性能。
Fe-B非晶合金的等温晶化动力学研究
* 收稿日期:2021-03~03 基金资助：国家重点研发计划(2017YFB0703001,2017YFB0305100)；国家自然科学基金(51134011,51431008,51790481)；中央高校 基本科研业务费专项资金(3102017jc01002)o 第一作者简介：马亚珠(1985-),女，西北工业大学博士研究生，主要研究方向为非晶及纳米晶等亚稳材料制备及稳定性, E-mail： 419256325@qq. com。 通信作者简介：刘 峰(1974 — )男，西北工业大学教授，主要研究方向为非平衡凝固理论与技术等，E-mail：lifeng@。
本文将通过DSC研究Fe85 B】5非晶合金在不 同温度下的等温晶化动力学行为。结合X-射线衍 射仪和透射电子显微镜，确定其等温晶化后的显微 结构。用解析相变模型结合碰撞模式判断对所有实 验数据进行拟合，明确该合金的等温晶化动力学。
1实验材料与分析方法
1. 1实验材料
本文的实验对象为Fe85 B：5非晶合金。在氩气 保护下利用电磁感应熔炼纯铁和Fe-B中间合金制
得Fe85B“母合金。在下方有直径0. 8 mm喷嘴的 坩埚中放入8 g母合金，置入超快速液淬装置中， 在氩气保护下用8 kW功率加热使合金快速熔化， 通过加压0. 03 MPa向坩埚中充入高纯氩气使得
高温熔体通过喷嘴连续流向以5 000 r • min-1转 速旋转的冷却铜辐上，从而制备出约32 gm厚的 非晶合金薄带。用X，pert Pro MRD型X射线衍 射仪(X-Ray Diffractometer, XRD，Cu-Ka)对制备 的薄带进行物相检测。薄带的化学成分用感应耦
了很多实验结果［1012］ o解析模型具有类似JMA 方程［913］的结构，但是在等温转变中生长指数"、有 效激活能Q和指数前因子犓0是时间的函数。然 而，在用解析相变模型对实验结果的拟合过程中 ， 由于不同形核生长模式组合及参数选取的范围大， 会增大计算的时间。因此，研究者提出了转变速率
镁合金的强韧化研究新进展
I 行业发展 ndustry development
李士杰
（华北理工大学以升创新教育基地，河北 唐山 063210）
摘 要 ：镁合金是商业金属工程材料中最轻的，也可作为现代理想的结构材料使用，在电子技术通信和航空航天等领域有着非
常广泛的应用前景。因此，为了更好地扩展镁合金的应用领域，有必要提高镁合金的综合性质。本文主要介绍了变形镁合金的
镁合金的晶体结构是密排六方，这也是影响镁合金性能的 重要因素。目前，镁合金根据合金化元素主要形成了添加 Zn 的 AZ 系列、添加 Mn 的 AM 系列、添加 RE 的 AE 系列、添加 Zn 和 Zr 的 ZK 系列等。以传统的三种强化方式（细晶强化、固溶强化 以及析出强化等）为基础，逐步形成添加合金元素、优化热处理 工艺、细化晶粒等手段来提高镁合金的综合力学性能。以下主要 对镁合金的强韧化方式进行阐述。
1 镁合金的细晶强化
镁合金和大部分结构金属材料类似，可以通过细化晶粒尺
寸来提高镁合金的力学性能。镁合金的屈服强度与晶粒尺寸的
关系可用著名的霍尔 - 公式表示 ：σ=s
σ0
+
−1
Kd 2
，式中
：
代表单
晶屈服强度，d 代表平均晶粒尺寸，K 代表霍尔 - 佩奇系数，只
与材料种类有关。对于镁合金，K 的取值一般在 280 至 320 之间， 比铝合金的 K 值（68MPa·m 左右）大得多 [2]。由此可见细晶强
快速凝固镁合金产品通常是合金粉末，必须通过后续工艺 的加工才能得到大块的结构材料。想要更好的保留原有的组织 特征，需要进一步优化后续加工工艺。快速凝固技术还需要进一
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非晶合金弹性形变能机理揭示
非晶合金弹性形变能机理揭示非晶合金是一类结构特殊的金属材料，具有良好的弹性形变能力，其弹性形变能机理一直是材料科学领域中的重要研究课题。
本文将探讨非晶合金弹性形变能机理的揭示，并分析其在材料科学和工程中的应用前景。
非晶合金是一种无规则的原子排列结构材料，其特点是没有长程有序的晶体结构。
相比传统的晶态金属材料，非晶合金具有更高的弹性形变能力和较好的抗变形能力，使其在弹性元件、弹性机器和微电子器件等领域具有广泛的应用前景。
非晶合金的弹性形变能机制主要与其特殊的结构和变形方式有关。
传统的晶态金属材料在受力时，原子排列结构呈现周期性的规则性，具有较强的层内结合和层间滑移，导致材料在受力时发生塑性变形。
而非晶合金的原子排列结构无规则，原子之间的相互作用较弱，因此在受力时更容易发生弹性变形。
非晶合金的弹性形变能机理可以从两个方面来解释。
首先，非晶合金的原子排列结构具有许多局部有序区域或团簇，当外界施加力量时，这些局部有序区域或团簇会发生弹性变形，从而实现材料的整体弹性变形。
其次，非晶合金的原子运动方式更加自由，原子之间的相互作用比较弱，可以容易地发生弹性形变。
这些原子之间的相互作用可以通过材料的玻璃转变温度和应力松弛等方式来调控，在一定的条件下，非晶合金可以通过控制原子结构和外界条件来实现可逆的弹性形变。
非晶合金弹性形变能机理的揭示对于深入理解和应用非晶合金具有重要意义。
首先，研究非晶合金的弹性形变能机理可以帮助我们设计和制造具有优异弹性性能的合金材料。
通过控制合金成分和热处理工艺，我们可以调控非晶合金的弹性形变能力，实现材料性能的定制化。
其次，非晶合金的弹性形变机制可以应用于弹性元件和弹性机器的设计中。
例如，我们可以利用非晶合金的高弹性形变能力设计出更为紧凑和高效的弹簧、减震器和传感器等，提高产品的性能和可靠性。
此外，非晶合金的弹性形变能机理也可以应用于微电子器件的制造中，提高器件的稳定性和寿命。
然而，非晶合金弹性形变能机理的揭示还存在一些挑战和待解决的问题。
热喷涂铁基非晶合金材料的研究进展
热喷涂铁基非晶合金材料的研究进展马晓琳;周勇;刘玉栋【摘要】非晶合金是极具发展潜力的金属材料,铁基非晶合金性能优异,成本较低,易获得推广使用.介绍了铁基非晶合金的形成能力及其性能,综述热喷涂制备铁基非晶涂层及其应用,展望了热喷涂制备铁基非晶涂层未来的发展趋势.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2015(036)004【总页数】5页(P22-26)【关键词】热喷涂;铁基非晶态合金;涂层【作者】马晓琳;周勇;刘玉栋【作者单位】西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TG139+.8由于在快速凝固时原子不足以有序的排列结晶，获得的晶态合金是长程无序结构，没有晶态合金中存在晶粒、晶界的固体合金被称为金属玻璃，也称为非晶合金。
非晶合金是冶金材料科学的一场革命。
非晶合金具备很多其独有的特性，如高强度、高硬度，优良的耐蚀性、耐磨性，较高的电阻率、较好的储氢性能以及机电耦合性等［1-3］。
其中，铁基非晶合金不但具有一般非晶合金所具备的特征，而且铁元素含量丰富，制备过程中需要真空度等特点，从而使材料成本和制备成本较低，易获得推广使用［4］。
由于冷却速度和非晶形成能力的制约，制备的铁基块体非晶合金厚度或直径也只有数毫米，这极大地限制了其在实际工程中的应用。
热喷涂技术不但能够迅速升温使材料熔化，还具备快冷凝固的特性，这有利于涂层中形成非晶相。
运用现代先进的热喷涂技术制备的铁基非晶合金涂层，既可以发挥热喷涂技术的优势，又可以实现材料表面改性处理，使材料表面具备某种特殊功效，从而满足材料在多种工程应用中的使用要求。
1 铁基非晶合金的形成能力在非晶合金的初期研究中，其成分中大多含有贵金属元素(如Pd、Pt等)，这极大地限制了其在工程中的应用。
近些年来，非晶合金得以迅猛发展，关于非贵金属元素如 Mg、Zr、Cu、Ti、Fe 基非晶合金的研究也日渐增多，成为非晶合金研究的主流。
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，合金材料因其卓越的物理、化学和机械性能被广泛应用于各个领域。
近年来，高熵合金以其优异的性能吸引了众多研究者的关注。
特别是Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金，由于其优异的耐腐蚀性、高温稳定性以及良好的力学性能，已成为材料科学领域的研究热点。
本文将重点研究Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为。
二、Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化纳米析出强化是一种重要的合金强化机制，其基本原理是通过在基体中形成纳米尺度的第二相粒子，从而提高合金的力学性能。
在Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金中，纳米析出强化的实现主要依赖于合金元素的合理配比和热处理工艺。
首先，合金元素的配比对纳米析出强化具有重要影响。
Ni、Cr、Fe、Al和Ti等元素的配比决定了合金的相结构和化学成分，进而影响纳米粒子的形成和分布。
通过调整各元素的含量，可以优化合金的微观结构，从而增强其力学性能。
其次，热处理工艺对纳米析出强化的影响也不容忽视。
适当的热处理可以促使合金中的元素进行有序排列，从而形成更加稳定的纳米结构。
在高温处理过程中，合金元素将发生扩散，使得第二相粒子更加均匀地分布在基体中，从而提高合金的强度和韧性。
三、Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的力学行为研究Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的力学行为主要表现在其强度、塑性和韧性等方面。
纳米析出强化对合金的力学性能具有显著影响。
通过合理的元素配比和热处理工艺，可以优化合金的微观结构，从而提高其强度和韧性。
此外，该合金还具有良好的塑性，使得其在受到外力作用时能够发生一定的形变而不断裂。
四、结论本文研究了Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为。
通过调整合金元素的配比和采用适当的热处理工艺，可以优化合金的微观结构，从而增强其力学性能。
Ti-Al层状金属复合材料的增强增韧机理与力学行为研究
Ti-Al层状金属复合材料的增强增韧机理与力学行为研究层状Ti-Al复合板由交替排列的强度较高的钛层和塑性好的铝层通过热压-轧制而成,这种材料能够结合两种材料的性能优势,弥补单一的金属材料的某些方面的不足,表现出更优良的特性。
本课题主要对Ti-Al层状金属复合材料中钛层的力学行为和复合材料的增强增韧机理进行研究。
采用塑性细观力学方法编写程序对钛弹塑性变形过程进行数值分析。
之后选取合理的韧性破坏准则分析其韧性破坏失效过程和增韧机理。
在此基础上引入铝层弹塑性变形的宏观本构关系以及缺陷层理论,分析随着各相层厚比变化,Ti-Al层状金属复合材料的增强增韧机制。
本文首先介绍了晶体学基本理论、多晶体塑性变形的基本理论以及金属材料变形的韧性破坏准则。
根据钛晶格常数等特点和钛合金塑性变形研究的相关实验得到影响金属钛塑性变形过程的主要变形机制是滑移和孪生,一般数值分析过程重点考虑滑移机制。
将林同骅模型进行改进分析推导得到适用于描述多晶体钛的弹塑性变形过程的塑性细观力学模型。
在此基础上编写程序对多晶钛的弹塑性变形进行数值分析得到能够体现多晶体钛细观变形特点的应力应变关系。
这一塑性细观力学模型可以更好的应用于数值分析密排六方晶体的弹塑性变形过程。
之后研究了描述金属材料韧性破坏的断裂准则,通过对实验结果的观察分析得到钛断裂形式为微孔聚集型断裂。
选取Rice-Tracey韧性断裂模型使用阀值控制的方法来描述材料韧性破坏行为,合理的描述了多晶钛的失效行为。
进一步改变加载过程,对不同应力状态下钛单轴拉伸进行数值分析,使用韧性断裂准则分析不同应力状态后钛单轴拉伸的结果,得到不同应力作用下断裂韧性值C随应变变化关系。
发现对应于同一应变量,有外部应力作用与无外部应力相比韧性断裂值C明显减小了,约束状态越强,韧性断裂值C减小越明显,同时韧性断裂值C随着拉伸方向应变不断增大的趋势也减小了。
这一分析结果表明在钛薄板拉伸过程中垂直于板面方向一定形式的应力作用对于其整体的拉伸有较好的增韧效果。
铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展
精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-02-21 Received ：2024-02-21引文格式：曹梓恒, 郭威, 吕书林, 等. 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 62-75. CAO Ziheng, GUO Wei, LYU Shulin, et al. Progress in Research on Preparation, Properties and Application of Al-based Amor-phous Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 62-75. *通信作者（Corresponding author ） 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展曹梓恒1，郭威1,2,3*，吕书林1，王锦程2，吴树森1（1.华中科技大学 材料科学与工程学院 材料成形与模具技术全国重点实验室，武汉 430074；2.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，西安 710072；3.深圳华中科技大学研究院，广东 深圳 518057） 摘要：铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景，综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。
首先，介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系，目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系，以及综合性能和形成能力2大方面，多元体系表现更佳，并逐渐向更多元化发展；其次，系统介绍了铝基非晶合金的制备方法，包括粉末状、薄带状、块体样品的制备，相较于非晶薄带的制备，块体和粉状的制备方法较为丰富，而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料；随后，详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势，从性能上来看，铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好，目前主要以涂层的形式参与应用，除此之外，研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究，由于玻璃形成能力的限制，作为结构材料的应用较少；最后，对其未来应用前景进行了展望，认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。
非晶态合金的性能与应用讲解
弹性模量和温度的关系
• 金属玻璃的塑性与外力方向有关，处于压缩、剪 切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，非 晶合金的压缩延伸率可达 40％，轧制时压下率为 50％以上也不会产生断裂，薄带对弯至180度一般 也不会断裂。 • 金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，一般 只有约0.1%。
• 非晶合金的弹性模量比晶态合金略低。 • 非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力 作用时疲劳裂纹容易形核，疲劳寿命较低。
非晶态合金和晶态不锈钢 在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蚀速率
试样 晶态不锈钢18Cr-40Ni 晶态不锈钢17Cr-14Ni-2.5Mo 腐蚀速率(mm/年) 40℃ 17.75 —— 60℃ 120.0 29.24
非晶态合金Fe70Cr10P13C7 非晶态合金Fe65Cr10Ni5P13C7
热学性能
• 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。
• 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定 ，有些甚至在室温时就会发生转变。
非晶的热处理
•
（因瓦(Invar)效应）金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出
很低的热膨胀系数，并且经过适当的热处理，还可进一步降 低非晶合金在室温下的热膨胀系数。
几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/℃)
• 用非晶带绕成环形磁芯，在直径方向施加很小外 力，会使磁芯的磁特性发生显著变化。用这个磁 芯构成单磁芯桥式多谐振荡器，可将由应力所产 生的磁性能变化转变为直流电压输出，制成高精 度应力传感器。
0.00 0.00
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催化性能
非晶态金属表面能高，可以连续改变成分，具有明 显的催化性能。作为催化剂被应用始于20世纪80年代。 非晶态金属催化剂主要应用于催化剂加氢、催化脱氢、 催化氧化及电催化反应等。触媒剂在化学工业中具有 相当重要的地位，高效率的触媒剂对化学工业生产效 率的提高、能源的节约以及新化工产品的产生起着重 要的作用。不同的化学反应要求特定的触媒剂，非晶 态合金具有传统材料无法比拟的优异触媒性能。
非晶态金属材料讲解
典型非晶态材料（玻璃）的特点：
以SiO2为主要成分的氧化物玻璃其熔液的黏度很大 且晶体结构复杂，原子扩散困难，冷却时晶核形成困 难。
一般的冷却速度(10-4~10-1K/s)就足以避免结晶；
冷却后虽然为固体，但内部结构保持液态时的长程 无序状态，称为非晶态或玻璃态固体；
晶态与非晶态的宏观对比
Over 40 years, the critical casting thickness has increased by more than three orders of magnitude
9.2. 非晶态金属的发展历史
非晶态金属应用实例
变压器使用的非晶铁芯
钴基非晶合金传感器
9.2. 非晶态金属的发展历史
实际生产的非晶金属的厚度约为101~102微米；用途局限于 生产转换磁心和磁敏感元件，无法用作结构零件；
20世纪90年代，通过开发新非晶体系将冷却速度降到 1100K/s，生产了均匀的块体非晶(bulk metallic glasses)，进 一步扩展了非晶金属的应用领域。
9.2. 非晶态金属的发展历史
9.2. 非晶态金属的发展历史
非晶态金属的制备(1959-1960)
1959年，美国人杜维兹采用熔融金属急冷方法制备细晶合 金时获得了一种奇异的合金（非晶态金属），该合金的X射线 衍射图谱上周期性的衍射峰不见了；
同时，前苏联的米罗什尼琴科采用金属熔滴喷射到冷基板 上，产生了106K/s的冷却速度，也制得的非晶态金属；
新型金属材料
南京理工大学材料科学与工程系
新型金属材料
第9章 非晶态金属材料
主讲：尹德良
南京理工大学材料科学与工程系
本章主要内容
铜系层状材料强韧化机理研究进展
周期大于 ５ｈ 时，两种 ｃ Ｏｍ ｕ系层状材料 的屈服 强度 随组元厚度 的减 小而升 高，即满足 Ｈ ｌ— ｅ ｃ 关系，但强度升高的能力明显不 同。他们对各种铜系层状材料 （ｕＸ ：Ａ 、 ａ ｌＰｔ ｈ Ｃ ／ ，Ｘ ｕ Ｎ 、 ｇ ｂ １ ０ 不锈钢等 ）的强度升高能力与界面关系进行了系统的分析，发现界面 ｉ Ａ 、Ｎ 、Ａ 、３４ 强化能力与层／ 层界面结构有关， 层界面结构决定了界面失配度 ， 层／ 随着界面失配应变的增
江苏省2018年省自然科学基金面上项目公示
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非晶合金材料的力学性能研究
非晶合金材料的力学性能研究一、引言非晶合金是近年来材料科学领域的一个热点，因其具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、磨损性能、热稳定性、磁性能等特点，在航空、电子、汽车、医疗等领域有着广泛的应用前景。
力学性能是非晶合金的重要性能之一，因此本文主要讨论非晶合金材料的力学性能研究。
二、非晶合金材料的力学性能及其研究方法1. 强度和塑性非晶合金材料的强度和塑性是影响其力学性能的重要因素。
研究方法主要有材料合成、微观结构分析和力学测试三部分。
常见的力学测试包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
同时，对于非晶合金材料的微观结构分析是非常重要的，可以通过透射电镜、扫描电镜等手段进行。
材料合成则是影响强度和塑性的主要因素之一，其中包括制备工艺、成分比例等。
2. 韧性非晶合金材料的韧性主要指其在断裂之前的吸能能力。
研究方法主要包括缺口冲击试验、拉剪破坏试验、压缩-拉伸破坏试验等。
其中，缺口冲击试验是评估非晶合金材料韧性的常用试验方法之一。
在测量时，可以通过计算每瓦时能量吸收量来评估其韧性指标。
3. 疲劳性能非晶合金材料的疲劳性能是其在复杂循环载荷下的稳定性和使用寿命的重要性能。
研究方法包括周期性或脉冲加载试验、应力振幅试验等。
其中，周期性或脉冲加载试验是评估其疲劳寿命和应力-寿命曲线的常用方法之一。
通过定量测量等效正应力幅和循环强度等参数，可以评估其疲劳性能。
三、非晶合金材料的力学性能提升方法1. 核-壳结构核-壳结构是一种有效提高非晶合金材料力学性能的方法。
通过在非晶合金表面涂覆不同厚度的薄膜来形成核-壳结构，可以有效增加非晶合金的强度和韧性。
2. 镁合金增强镁合金为轻质金属材料，可以通过添加到非晶合金中进行增强。
研究表明，镁合金的添加可以有效提高非晶合金的强度和韧性，同时减小非晶合金的疲劳裂纹扩展速度。
3. 其他材料增强除了镁合金之外，氧化物、碳纤维等材料也可以作为增强材料添加到非晶合金中，从而提高其力学性能。
四、总结非晶合金材料的力学性能研究对于其在各种应用领域中的应用有着重要意义。
金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备 - 国家自然科学基金委员会
附件9：“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”重大项目指南金属材料具有优异的综合力学性能和理化性能，成为近代一个多世纪的主流结构材料，广泛应用于几乎所有工业领域。
在金属材料性能上的少许提高都将会在技术进步、节约资源、减少能耗和降低污染方面产生显著的效果。
因此提高强度始终是金属材料领域中重要的研究方向之一，强度既是一种材料设计准则，也是材料科学与技术发展的一个重要标志。
经过几十年的研究已发展出多种提高金属材料强度的有效途径，但随着材料强度的提高，韧性或塑性急剧下降，从而使材料强度和韧性或塑性相互倒置的关系成为十分突出的问题，形成妨碍学科进步和实际应用的一个巨大障碍和技术瓶颈。
如何实现强度和韧性或塑性的同步提高，已成为国内外金属材料领域普遍关注的重大科学问题，同时也必将成为该领域未来相当长时期内的核心问题之一。
随着人们近年来对金属材料在不同尺度（纳米、介观、宏观）上的结构设计与制备控制能力的不断提高，在探索材料强韧化途径和原理以实现金属材料强度和韧性或塑性同步提高方面有了更大的空间。
通过深入研究金属材料在多尺度、多层次复合结构上的强韧化机理和强度－韧性基本关系，希望解决金属材料强度与韧性之间的倒置关系这一科学和技术难题，为设计和制备出高强度、高韧性的多尺度、多层次复合结构金属材料提供理论依据。
一、科学目标通过对多尺度、非均匀、多层次金属复合结构的单向载荷条件下的变形与破坏机理和强韧化规律及其尺寸效应和多极耦合效应；材料非平衡过程与多尺度、非均匀、多层次金属复合结构的设计与制备；多尺度、非均匀、多层次复合结构的定量表征以及在不同外场（力，热，电等）作用下的微观结构演化规律；多尺度、非均匀、多层次复合结构在循环载荷条件下的微观结构演化规律以及变形、损伤与破坏机理及其尺寸效应和多极耦合效应；强度和韧性、塑性协调、同步增强的微观机制，以及实现两者之间关联性可调、可控的方法等一系列关键科学问题的研究和探索，拟实现以下主要科学目标：（一）揭示具有多尺度层片组织、混合组织及梯度组织金属材料的变形机理及强韧化规律；（二）设计并制备出具有综合强韧性的多尺度、多层次复合结构的新型金属材料；（三）通过跨尺度、多层次的复杂结构要素设计，实现金属材料强度和韧、塑性的同步提高或综合强韧性提高；（四）将不同尺度结构耦合设计新思想应用到工程金属材料，进一步提高工程金属材料的强度与韧、塑性。
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非晶合金及异质结构金属材料的强韧化机理研究
非晶合金及异质结构金属材料的强韧化机理研究
摘要：
非晶合金和异质结构金属材料因其独特的结构和性能而备受关注。
在过去的几十年里，研究人员通过不断地探索，已经取得了很多关于这些材料的强韧化机理的进展。
本文主要综述了非晶合金和异质结构金属材料的强韧化机理，包括原子层接触、缺陷导致的变形和相互作用、界面相互作用等方面的研究进展。
并对未来的研究方向进行了展望。
1. 引言
非晶合金和异质结构金属材料是一类具有非晶或非晶针晶复相微结构的材料，具有优异的力学性能、高硬度和强韧性等优点。
因此，这类材料在航空航天、汽车制造、电子工业等领域具有广泛的应用前景。
然而，由于其结构的不规则性，非晶合金和异质结构金属材料在大变形下容易发生脆断，限制了其进一步的应用。
为了解决这一问题，研究人员一直致力于寻找强韧化机理，以提高材料的韧性，从而拓宽其应用范围。
2. 强韧化机理的研究进展
2.1 原子层接触
在非晶合金和异质结构金属材料中，原子层接触是一个重要的强韧化因素。
通过研究这些材料的原子层接触方式，我们可以了解材料的微观机制，并设计出新的合金或材料。
例如，通过调控原子层接触，可以改变材料的导热性能和力学性能，从而提高材料的韧性。
2.2 缺陷导致的变形和相互作用
缺陷在非晶合金和异质结构金属材料中起着重要的作用。
研究表明，材料中的缺陷可以影响材料的力学性能和韧性。
例如，由于缺陷的存在，材料的屈服点和断裂韧度可以得到显著的提高。
此外，缺陷还可以引起材料的变形和相互作用，从而影响材料的力学性能和韧性。
2.3 界面相互作用
界面相互作用也是非晶合金和异质结构金属材料的强韧化机理之一。
材料中的界面可以通过界面扩散、界面位错和界面蠕变等方式影响材料的韧性。
研究表明，通过调控界面的结构和成分，可以显著改变材料的强度和韧性。
因此，界面相互作用在材料的设计和制备中具有重要的应用价值。
3. 强韧化机理的展望
在未来的研究中，我们还需要深入探索非晶合金和异质结构金属材料的强韧化机理，以完善现有的理论体系。
首先，需要进一步研究原子层接触、缺陷和界面相互作用等因素对材料力学性能的影响机制。
其次，需要开展更多的材料测试和表征工作，以验证理论模型和机制。
最后，需要不断提出新的合金设计思路和制备方法，以开发出更具应用价值的非晶合金和异质结构金属材料。
结论：
非晶合金和异质结构金属材料的强韧化机理研究是一个复杂而关键的问题。
通过对这些材料的原子层接触、缺陷和界面相互作用等因素的研究，可以为材料的设计和制备提供重要的理论依据。
未来的研究应进一步深入探索强韧化机理，并结合实验验证和合金设计，以开发出更优异的材料。
这将有助于推动非晶合金和异质结构金属材料在各个领域的应用
综上所述，非晶合金和异质结构金属材料的强韧化机理是一个复杂且关键的问题。
通过研究原子层接触、缺陷和界面相互作用等因素，我们可以为材料的设计和制备提供重要的理论依据。
然而，目前的研究还需要进一步深入探索强韧化机理，并结合实验验证和合金设计，以开发出更优异的材料。
随着研究的不断深入，非晶合金和异质结构金属材料有望在各个领域得到广泛应用。
因此，我们可以期待未来的研究将会在这一领域取得更大的突破和进展。