块体金属玻璃

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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。
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