低扩散系数对Pd77Cu6Si17合金易非晶化的影响

采用激光熔凝技术,研究了Pd₇₇Cu₆Si₁₇合金快速凝固组织的演变规律.研究表明:随着生长速度的增大,Pd₇₇Cu₆Si₁₇合金晶体生长组织形貌发生了Pd₃Si枝晶+共晶-ξ枝晶+共晶-共晶团簇-规则共晶-非晶的转变,共晶失稳即非晶形成的临界生长速度为6 mm/s,最小层片间距为35 nm.通过与Al-25 wt% Sm,Al-32.7     

基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型

在大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型基础上提出了基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型. 依据此模型对Zr-Ni-Al-Cu四元合金的临界冷却速率进行了计算并预测了Zr_66.67(Ni_{xAlyCuz)33.33合金系中容易形成非晶的成分范围. 计算值与实验值符合得较好. 计算结果表明，此合金系具有很强的非晶形成能力，特别是在靠近共晶点的中心区域，临界冷却速率小于100 K/s，为容易形成非晶的成分范围. 冷却过程中，在高于1000K温度区间，没有发生明显的结晶现象，而在980 K至870 K温度范围内，结晶分数快速增大，低于870 K时不再发生明显改变. 此外，分析了合金系中Al，Cu，Ni原子摩尔分数的变化对临界冷速的影响. 关键词： 大块非晶 黏度 临界冷却速率 非晶形成能力}     

相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了一系列不同氢稀释率下的硅薄膜,采用拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱技术研究了非晶/微晶相变区硅薄膜的微观结构变化,将次晶结构(paracrystalline structure)引入到非晶/微晶相变区硅薄膜结构中,提出了次晶粒体积分数(f_p),用来表征硅薄膜中程有序程度。结果表明,氢稀释率的提高导致硅薄膜经历了从非晶硅到微晶硅的相变过程,在相变区靠近非晶相的一侧,硅薄膜表现出氢含量高、结构致密和中程有序度高等特性,氢在薄膜的生长中主要起到表面钝化作用。在相变区靠近微晶相的一侧,硅薄膜具有氢含量低、晶化率高和界面体积分数小等特性,揭示了氢的刻蚀作用主控了薄膜生长过程。采用扫描电子显微镜对样品薄膜的表面形貌进行分析,验证了拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱的分析结果。非晶/微晶相变区尤其是相变区边缘硅薄膜结构特性优良,在太阳能电池应用中适合用作硅基薄膜电池本征层。     

深过冷液态Al-Ni合金中枝晶与共晶生长机理

在自由落体条件下实现了液态Al-4 wt.%Ni亚共晶、Al-5.69 wt.%Ni共晶和Al-8 wt.%Ni过共晶合金的深过冷与快速凝固. 计算表明, (Al+Al₃Ni)规则纤维状共晶的共生区是4.8–15 wt.%Ni成分范围内不闭合区域, 且强烈偏向Al₃Ni相一侧. 实验发现, 随液滴直径的减小, 合金熔体冷却速率和过冷度增大, (Al)和Al₃Ni相枝晶与其共晶的竞争生长引发了Al-Ni 共晶型合金微观组织演化. 在快速凝固过程中, Al-4 wt.%Ni亚共晶合金发生完全溶质截留效应, 从而形成亚稳单相固溶体. 当过冷度超过58K时, Al-5.69 wt.%Ni 共晶合金呈现从纤维状共晶向初生(Al) 枝晶为主的亚共晶组织演变. 若过冷度连续增大, Al-8 wt.%Ni过共晶合金可以形成全部纤维状共晶组织, 并且最终演变为粒状共晶.     

B元素添加对FePBCCu合金非晶形成能力、磁性能和力学性能的影响

铁基非晶合金因其低矫顽力、高磁导率和低铁耗等被广泛应用于变压器、电抗器等电力电子领域,然而,较低的饱和磁感值限制了其进一步应用.铁含量增大可有效提高合金的饱和磁感,但相应非磁性元素含量的降低又将引起合金非晶形成能力的下降,导致后续纳米晶带材的软磁性能及弯折韧性的恶化.针对上述问题,文章基于金属-类金属间的杂化作用,通过原子百分比为7%的B替代P,利用单辊甩带法制备了厚度约为25μm的FePBCCu非晶薄带,并研究了B添加对薄带非晶形成能力、磁性能和力学性能的影响.热动力学行为揭示出小原子B添加能够降低合金结构的异质性,有效提高非晶基体的热稳定性;熔化与凝固曲线表明B元素能够促使合金系接近共晶成分且具有较大的过冷度.因此合金的非晶形成能力显著提高,其临界厚度从基体的约21μm提高到约30μm. B添加促使合金系磁性原子有效磁矩的增大,导致非晶薄带的饱和磁感值增大.纳米压痕实验结果表明, B添加合金的约化模量值较大且在一个较小范围内波动,这与合金的结构均匀性密切相关.     

过共晶铝硅合金电磁分离粗硅机理再讨论

本文通过试验和分析发现当前存在的两种关于初晶硅从过共晶铝硅合金中分离初晶硅的机理存在一定缺陷。通过配置ω(Si)=0.45的过共晶铝硅合金在3 kHz感应炉中精炼冶金级硅后以10μm·s-1速度进行定向凝固,得到试验所需的样品图。同时,为了探究在精炼过程以及下拉过程中初晶硅的富集情况,采取不同下拉距离以及淬火的方式探究在定向凝固前期过程中初晶硅的赋存状态.通过金相显微镜观察各种条件下初晶硅的赋存状态。利用相图分析出铝硅熔体在定向凝固过程中的性质。同时,使用商业软件COMSOL Multiphysics对过程中的温度场、流场以及磁场分布进行模拟.对分离机理做了更加完善的解释。     

基于分数阶流变模型的铁基块体非晶合金黏弹性行为研究

采用分数阶黏弹单元替代经典模型中的黏壶, 结合非晶合金在外加载荷作用下的微观结构演化, 建立了以分数阶微积分表示的非晶合金黏弹性本构模型. 并根据Hertz弹性理论及分数阶黏弹性本构模型, 推导了块体非晶合金在纳米压痕球形压头下的位移与载荷及时间关系式. 基于推导的解析式, 对铁基块体非晶合金在表观弹性区的纳米压痕位移与载荷及时间曲线进行了非线性拟合分析. 相较于整数阶模型, 分数阶模型不仅具有较高的拟合精度, 其拟合参数能敏锐地反应加载速率对块体非晶合金黏弹性行为的影响, 且参数的变化规律与载荷作用下非晶合金微观结构演化呈现出较强的相关性.     

Y对Fe-Si-B 合金非晶形成能力及软磁性能的影响

本文通过铜模吸铸法和单辊甩带法分别制备出一系列楔形试样和非晶条带试样, 系统研究了稀土金属Y对Fe₇₈Si₉B₁₃合金非晶形成能力及其软磁性能的影响. 结果表明, 少量Y取代 Fe-Si-B 非晶合金中的Fe 可大大提高该合金的非晶形成能力并促进过冷液相区的产生. 当Y含量为3 at.%时, 合金具有最大的非晶形成能力, 其临界厚度为313 μm, 相应的非晶过冷液相区宽度达到65 K. 该系列非晶合金具有优良的软磁性能, 其矫顽力(H_c)均低于200 A/m, Y含量为1 at.%时, 饱和磁感应强度(B_s) 达到最大值1.67 T.     

PdSiAg非晶合金中切变波的超声衰减

一、引言 在迅速发展的非晶态金属材料中,钯硅系合金由于具有低声速、低声损耗特性而引起人们的很大兴趣。M.Dutoit和H.S.Chen(陈鹤寿)首先研究了φ1～2.5mm杆状PdSiAg样品中的超声衰减,G.Bellessa等测量了PdSiCu样品中纵波超声衰减和声速的温度关系,M.Bavmatz等测量了PdSi非晶合金的杨氏模量和低频内耗,这些实验研究工作对正确使用这类新材料和发展非晶固体理论无疑都有重要意义。但PdSiAg非晶合金中切变波超声衰减的温度关系和冷轧带状样品中的超声特性至今未见报道。     

以团簇加连接原子模型解析Cr-C共晶成分

Cr-C体系材料是重要硬质防护涂层的代表,具有共晶特征.我们的前期工作指出,共晶合金满足双团簇近程序结构模型,由两种稳定液体亚单元构成,各自满足理想非晶团簇成分式,这里的第一近邻团簇来自相关共晶相.显然共晶成分解析的关键在于获得团簇,而相结构中往往存在多种团簇,进入到非晶/共晶团簇成分式的主团簇定义是关键环节.本文通过应用Friedel振荡理论及原子密堆,以团簇分布的球周期性及孤立度为判据,以Cr-C共晶相为例,进一步细化了共晶相中的主团簇选择流程,再搭配以2,4或6个连接原子,获得了描述共晶成分Cr_(86)C_(14)和Cr_(67.4)C_(32.6)的双团簇成分式:[Cr-Cr_(14)+C-Cr_9]Cr C_3和[C-Cr_9+C-Cr_8]C_6,其中四种团簇分别来自共晶相Cr,Cr_(23)C_6,Cr_7C_3和Cr_3C_2.该工作进一步证实了团簇加连接原子模型在共晶点解析中的普适性,并从理论上支持了相关的材料设计.     

Cu60Zr30Ti10非晶合金弛豫和晶化过程的小角X射线散射研究

应用小角X射线散射技术研究了Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金从300到813 K之间微结构的演化情况.发现在淬火状态下Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金中存在直径30 nm左右的富Cu区.非晶的结构弛豫包括573 K之前的低温结构弛豫和573 K到玻璃转变温度的高温结构弛豫，弛豫的结果是产生含有有序原子团簇的富Cu区，这些有序原子团簇的富Cu区是随后晶化过程中晶核产生的基础.Porod曲线分析表明，晶化生成的纳米体心立方CuZr相和基体之间有明锐的界面. 关键词： 小角X射线散射 非晶合金 结构弛豫 晶化     

基于分数阶微分流变模型的非晶合金黏弹性行为及流变本构参数研究

近年来, 基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一. 本文根据非晶合金结构不均匀性的特征, 提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为. 通过室温纳米压痕实验, 对三种不同泊松比和玻璃化转变温度的非晶合金的黏弹性变形行为进行了研究. 实验结果表明: 在表观弹性区, 非晶合金的变形表现出与加载速率相关的线性黏弹性性质. 根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义, 分别由分数阶微分及整数阶Kelvin模型对实验结果进行了分析. 分析结果表明, 相对于整数阶流变模型, 分数阶微分流变模型能更精细地表征材料的黏弹性变形特征; 在流变模型参数中, 黏性系数η_A和分数阶次α反映出材料的流变特性和流动趋势, 流变参数与玻璃转变温度、泊松比之间具有较好的相关性, 上述相关性有助于从微观结构角度理解材料塑性与泊松比的关联.     

伸缩-剪切模式自偏置铌酸锂基复合材料的磁电性能和高频谐振响应

选用多种切型铌酸锂(LiNbO_3)单晶,研究了铁基非晶合金(Metglas)/LiNbO_3叠层复合材料基于伸缩-剪切模式的磁电耦合性能,揭示了铌酸锂单晶压电系数与复合材料剪切磁电耦合系数的对应关系,在使用铌酸锂xzt/30~?切型时得到了最优化剪切磁电系数.通过SrFe12O19薄磁带提供偏置磁场,Metglas/LiNbO_3磁电复合材料可在没有外加直流磁场时实现剪切磁电响应,并在0.991 MHz和3.51 MHz频率时分别测出了谐振磁电系数,有望将铌酸锂基剪切磁电复合材料用于高频磁场探测.     

块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5 结构弛豫的研究

应用同步辐射小角x射线散射和差示扫描量热分析对块体非晶合金Zr55₅₅Cu 30₃₀Al10₁₀Ni5₅结构弛豫进行了研究.实验结果表 明：经340℃、不同时间退火后的非晶内 部的电子密度涨落随退火时间的延长先增大而后减小；玻璃转变温度附近焓弛豫峰的表观激 活能则随退火时间的延长先减小而后增大.结果反映了随退火时间的延长，块体非晶合金内 部类液体区不断减少及类固体区不断增加的过程. 关键词： 小角x射线散射 块体非晶合金 结构弛豫     

基于逾渗理论的非晶合金屈服行为研究

从非晶合金的微观结构出发,基于处理强无序和具有随机几何结构系统常用的理论方法——逾渗理论来描述非晶合金剪切屈服时的塑性流变.为了更好地理解非晶合金剪切带萌生时的临界问题,结合已有的"自由体积(free volume)模型"和"剪切转变区(shear transformation zone)模型",建立了非晶合金剪切转变的逾渗模型.以Cu_(25)Zr_(75)二元非晶合金为例,计算了在剪切转变区内易发生塑性流动的原子团簇剪切失稳的逾渗阈值,并粗略估算了这些原子团簇的大小.研究发现,剪切失稳的逾渗阈值与临界约化自由体积浓度(x_c～2.4%)有着相似的特性,不同之处在于其值与自由体积的分散度有着密切联系.研究结果作为非晶合金的韧脆转变问题提供了新思路.     

非晶合金的磁热效应及磁蓄冷性能

非晶合金的功能物性开发是突破非晶合金应用瓶颈的关键点之一.磁相变是非晶合金的一个重要特征.利用非晶合金的磁相变所带来的独特效应,可以将其应用于制冷领域.一方面非晶合金的磁热效应可以作为磁制冷材料应用于磁制冷机,另一方面非晶合金的比热突变可以作为磁蓄冷材料应用于低温制冷机.本文就非晶合金的磁热效应和磁蓄冷性能的原理、特征及其应用前景进行了详细介绍.     

块体非晶合金 Zr55Cu30Al10Ni5 结构弛豫的研究

应用同步辐射小角x射线散射和差示扫描量热分析对块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5结构弛豫进行了研究.实验结果表明:经340℃、不同时间退火后的非晶内部的电子密度涨落随退火时间的延长先增大而后减小;玻璃转变温度附近焓弛豫峰的表观激活能则随退火时间的延长先减小而后增大.结果反映了随退火时间的延长,块体非晶合金内部类液体区不断减少及类固体区不断增加的过程.     

微量稀土La对Al-7%Si-0.6%Fe合金组织与性能的影响

在Al(铝)-Si(硅)合金中同时添加Sr(锶)和B(硼)存在“中毒”现象,无法同时细化α-Al晶粒和变质共晶Si.本文研究了在同时添加α-Al晶粒细化剂B和共晶Si变质剂Sr的条件下,微量稀土La(镧)对Al-7%Si-0.6%Fe合金组织、热导率和力学性能的影响,分析了稀土La的影响规律及其作用机理.结果表明微量稀土La的添加,一方面可以中和Sr与B的毒化效应,提升共晶Si的变质效果;另一方面可以促使α-Al异质形核基底La B6的形成,并作为表面活性剂降低α-Al的形核过冷度,从而细化α-Al晶粒.共晶Si的变质以及α-Al晶粒的细化有助于同时提升Al-7%Si-0.6%Fe合金的热导率及力学性能.此外,当稀土La的添加量在0.02%—0.06%之间时,合金的导热性能明显提升;随着La添加量的进一步增大,合金热导率下降.     

Pd基非晶合金动态弛豫机制和应力松弛行为

作为潜在的功能及结构材料,高熵非晶合金在凝聚态物理和力学领域引起广泛的研究兴趣.高熵非晶合金宏观力学性能与微观结构非均匀性之间的关联是当前重要的科学问题之一.本文选取非晶形成能力良好的Pd_42.5Cu₃₀Ni_7.5P₂₀非晶合金和Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀高熵非晶合金作为模型体系,借助于动态弛豫行为及应力松弛实验建立了温度和物理时效对非晶合金高温变形机制与微观结构非均匀性之间的关联.研究结果表明Pd基非晶合金表现出“肩膀峰”β弛豫形式.玻璃转变温度以下物理时效非晶合金体系原子移动性导致β弛豫肩膀峰往更高的温度迁移.在应力松弛过程中,由于高构型熵的引入降低吉布斯自由能,这是高熵非晶合金具有较高激活能的原因.高熵非晶合金更难被激活,需要突破更高的能量势垒.物理时效时间增加,高熵非晶合金流变单元更小,这也得益于多主元高熵非晶合金慢扩散效应.高熵非晶合金激活体积的改变在物理时效下应力松弛...     

非晶塑性变形机理研究新进展

非晶合金的塑性变形机理一直是材料科学和凝聚态物理研究的热点问题之一.文章简单介绍了近来中国科学院物理研究所在非晶合金塑性机理研究方面的最新进展,介绍了玻璃转变和塑性变形机制之间的关联性及最新的实验证据,以及从非平衡态统计力学角度对非晶塑性变形机制的理解,指出非晶合金的塑性和剪切带的动力学状态密切相关,发现韧性非晶合金在变形过程中可以演化到自组织临界状态.这对认识非晶合金的形成本质,探索具有实际应用价值的非晶合金具有重要意义.