氧对Zr基非晶合金影响的研究进展

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1、第26卷第4期硬质合金2009年12月Vol.26No.4CEMENTEDCARBIDEDec.2009"!!!!"!!"综合评述!!!!"doi：10.3969/j.issn.1003-7292.2009.04.011氧对Zr基非晶合金影响的研究进展王东辉袁晓波郑欣张小明李中奎张军良王峰白润(西北有色金属研究院，陕西西安，710016)摘要Zr基非晶合金作为新型结构材料得到广泛应用﹐然而其玻璃形成能力及ΔTx等指标对合金中氧的含量非常敏感。正确认识氧的作用机制及规律，控制Zr基金属玻璃在制备及应用过程中

2、的稳定性非常重要。本文概述了氧对Zr基非晶合金热稳定性﹑晶化﹑氧化﹑微观结构与力学性能﹑腐蚀与疲劳等方面的影响，从不同角度理解合金中氧的作用机制及规律。关键词Zr基非晶合金﹔氧﹔热稳定性﹔晶化﹔氧化﹔微观结构﹔性能一般的金属材料都是晶态合金，即原子排列为非晶合金具有很高的弹性极限值，具有极高的弹性长程有序的点阵结构，非晶合金是指固态时原子的比功。三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内保2)强度与硬度。Zr基非晶合金的强度接近于[1]持这种相对稳定的合金，俗称金属玻璃。由于其独2000MPa，杨氏模量接

3、近于100GPa，硬度约为特的长程无序短程有序结构，非晶合金具有比常规500HV，因此与晶体结构材料相比，Zr基非晶合金具晶态合金更优异的力学、物理和化学性能，显示出巨有较高的强度、硬度以及较低的杨氏模量。大的应用潜力，引起人们极大的兴趣。1951年，美国3)塑性和韧性。由于在非晶合金结构中不存在物理学家D.Turnbull教授通过水银的过冷实验提位错、晶界以及滑移面，因此，它的塑性变形抗力很出，液态金属可以过冷到远离平衡熔点以下温度而高。[2]不发生形核与核长大现象。据此理论，液态金属可4)疲劳与磨损。

4、与合金钢相比，多元Zr基块体在一定条件下形成非晶态，由此揭开了非晶合金研非晶合金具有很低的疲劳寿命，这种缺陷被认为是究的序幕。在所研究的各种非晶合金体系中，对Zr由于非晶合金不存在像晶体材料那样的纤维组织结基非晶合金系的研究报道最多。如：Zr-Ni、Zr-Cu-构及不均匀的剪切变形。Ni、Zr-Al-Cu、Zr-Al-Ni-Cu、Zr-Al-Ni-Cu-Ti等。在5)加工性能。非晶合金的塑性变形量受温度和二元Zr基合金系中，Zr-Ni、Zr-Cu的过冷液相区温应力状态的影响很大，在温度远低于玻璃转变温度T

5、g度范围ΔTx值（ΔTx=Tx-Tg，Tx为开始晶化温度，Tg为和高的应变速率下，非晶合金以非均匀局域剪切变形玻璃转变温度）小于10K，而在三元锆基合金系中，为主。Zr基非晶合金在玻璃转变温度Tg和开始晶化Zr60Al15Ni25的ΔTx为77K，Zr65Al7.5Cu27.5的为温度Tx之间存在较大的过冷液相温度区间ΔTx，在此89K。温度区间，当过冷液相区的勃度达到1012Pa·s数量[3]Zr基非晶合金的具有非常优异的性能：级时，过冷液体产生无序结构，这种无序结构与氧化1)弹性。Zr基非晶合金的杨氏

6、模量相对较低，但物玻璃结构很相似，呈现出牛顿流变特性，可使合金最大弹性应变量很大，可达到2%左右。此外，Zr基的塑性变性能力得到极大的提高。作者简介:王东辉，男，1978年生，硕士，工程师，现单位西北有色金属研究院，电话：029-86231082李中奎，男，1969年生，博士，教授，电话：029-86231074第26卷王东辉袁晓波郑欣张小明李中奎张军良王峰白润：氧对Zr基非晶合金影响的研究进展·253·[8]由以上的综述可以看出，Zr基非晶合金材料确将大幅提高Zr基非晶合金的生产成本。因此，开展实具有一

7、些优异的性能，因而使得其存在广泛的实氧对Zr基非晶合金长期热稳定性影响的研究显得[9]际应用，主要应用在军事用品、空间工程材料、精密尤为重要。HeLin利用Kissinger分析方法的推论﹐加工、体育休闲用品、电子产品壳体和医疗器械等领得出了Zr基非晶合金在不同氧含量下﹐热稳定性基域。用锆钨非晶/晶体复合材料做成的穿甲弹头的密于其连续加热相变曲线（CHT）的比较结果。氧作为度、强度和模量都很高。另外，这种弹头有自锐效应，杂质具有使Zr50Cu40Al10，Zr65Cu17.5Ni10A17.5具有贫铀弹头

8、的高绝热剪切敏感性，环境相容性好，和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5合金获得激活能的[8]是制造穿甲弹的“绿色材料”。趋势﹐从而使其失去表面玻璃光泽。结果显示：在但是，Zr基非晶合金玻璃形成能力（GFA）及过低温下，氧对Zr基非晶合金长程热稳定性的影响区冷液相区温度区间ΔTx对合金中氧的含量非常敏别于高温下的短程热稳定性。尽管氧降低了Zr基非感：原子分数为0.5%的氧可使临界冷却速度（Rc）提晶合金的GFA以