块体金属玻璃

两大弊端！！
块体金属玻璃室温塑性改善的创新


新型的提高块体金属玻璃塑性方法的研制和开 发已是势在必行。 不是在块体金属玻璃中引入第二相改变材料本 身的性能来提高其塑性，而是通过对块体金属 玻璃结构件进行氢化处理来提高其塑性。 对块体金属玻璃进行氢化处理目前有两种方式： 电化学氢化，这种氢化方式时间长，而且对块 体金属玻璃基体有腐蚀作用；另一种是气相氢 化，能提高其塑性。
块体金属玻璃的制备

母合金熔炼
在高纯氩气保护下，利用 熔炼Ti纯金属去除腔内氧气， 利用水冷铜坩埚非自耗电弧 熔炼母合金。母合金至少熔 炼5次并进行电磁搅拌保证 成分的均匀。

BMG成型
铜模喷铸-吸铸技术
金属纳米（非晶）制备与受控凝固 系统
BMG的氢化处理

气相氢化
主要思想
①块体金属玻璃中的Zr、Ti等元素与氢有较强的亲和力。 ②块体金属玻璃中的Ni等元素对氢的吸附有催化作用。 ③块体金属玻璃中存在大量的自由体积、短程有序结构中存在 能量状态不同的大量四面体间隙，有利于氢的占据。
实验内容
块体金属玻璃的成分选择
研究对象：Vitalloy 1 （vit1）
Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5
基体成分选择
原因： 由于Zr基具有强大的玻璃形成能力和宽大的过冷液 相区，能够利用不太复杂的设备较为容易地制备出 质量很好的块体非晶合金。 同时Zr基块体金属玻璃又显示出优异的力学性能， 高强度、超塑性、高弹性、高硬度、高耐磨性、高 耐腐蚀性和优异的加工成型性能，具有乐观的工业 应用前景。
试样性能 对比分析
微观结构
热力学稳定性 力学性能
XRD 衍射 分析
DSC 热力 学性 能分 析
准静态 压缩 力学性 能分析
扫描 电镜 断面 观察
XRD衍射分析

由图可见：充氢前后的 BMG的X射线衍射图像 均为漫散峰，这说明： 充氢不改变原BMG的非 晶结构。
DSC热力学性能分析
未氢化的BMG的DSC分析
块体金属玻璃的制备和性能 研究
项目组员：戴良娟 张远航 马成斌 指导老师： 杜宇雷
缺点：室温塑性差
如何改善 室温脆性
目前国际上主要采用 在块体金属玻璃基体 上引入第二相的方法， 形成块体金属玻璃复 合材料，使块体金属 玻璃的塑性较之前的 纯非晶块体金属玻璃 有大幅度提高，主要 的两种技术方法为内 生法和外加法。
氢化后的BMG的DSC分析
DSC热力学性能分析
①每条曲线上都出现了吸热峰和晶化放热峰，都具有明显的玻 璃转变和晶化过程。明显的玻璃转变和晶化反应进一步证明 了这些合金样品的非晶结构。 ②随着加热速率的增加，玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx均向高 温区移动，其过冷液相区δT也逐渐变宽并向高温区移动。这 一现象说明玻璃转化和晶化均具有显著的动力学效应。加热 速率增加，块体金属玻璃的热力学稳定性增加。
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通过对块体金属玻璃进行气相氢化处理可以 明显提高其塑性。 随着加热速率的增加，块体金属玻璃的热稳 定性增加。气相氢化处理并不改变块体非晶 合金的热稳定性。

③块体金属玻璃在充氢前后的DSC曲线基本保持一致，说明氢 化处理对块体金属玻璃的热力学稳定性无影响，金属玻璃氢 化处理后仍保持与之前一致的热力学稳定性。
BMG的力学性能分析

准静态压缩实验 单向压缩试验的应力状 态软性系数α=2，比拉 伸、扭转、弯曲的应力 状态都软，所以主要是 用于拉伸时显脆性的金 属材料的力学性能测定， 以显示该材料在塑形状 态下的力学性能。
BMG的力学性能分析

结果分析：
①在充氢前后BMG的屈服强 度变化不大； ②充氢前后塑性有明显变化。 充氢前的BMG几乎没有塑 性，充氢后的BMG塑性显 著提高。
扫描电镜断面观察
未氢化处理的块体金属玻璃
氢化处理的块体金属玻璃
实验结论



可对块体非晶合金材料进行气相氢化处理，也可对 任意形状的块体非晶合金结构件进行气相氢化处理 。 经气相氢化处理后块体非晶合金仍然保持玻璃态结 构，对原子短程有序长程无序的排列并不产生影响 。 气相氢化处理后块体金属玻璃的屈服强度也未发生 改变。