CuZr非晶合金中/短程有序结构及其与玻璃形成能力的关系研究文献综述

 2021-10-08 18:51:38

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1.Cu基非晶合金的发展概述

1.1非晶合金发展概述

1960年，美国加州理工学院的Duwez等人采用直接将液态金属激冷制备出Au-Si非晶合金[1]，开创了使用熔体急冷技术制备非晶合金的历史。在过去的50年间，人们对非晶合金制备方法、形成机理、形成条件、合金体系、非晶合金性能及其应用等都进行了大量的研究。研究初期，由于受到玻璃形成能力和制备技术的限制，很难在三维方向取得较大尺寸，仅能制备得到非晶薄带。直到上世纪八十年代，块体非晶合金才被人们广泛接受，日本东北大学的Inoue及其合作者先后研究了Pd基以外的稀土基（如La基）、Mg基和Zr基等非晶合金块体材料，开发出一系列具有较大过冷液相区的合金成分，包括Ln-Al-TM[2]、Mg-Ln-TM[3]、Zr-Al-TM[4]和Zr-Al-Ni-Cu[5]（Ln表示镧系元素，TM表示过渡族金属元素）等合金系。1993年，加州理工学院的Johnson工作组用铸造方法得到了直径为10-30mm的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体金属玻璃，该合金系形成玻璃的临界冷却速度在10K/s以下[6]，该合金体系的出现，预示着形成更大尺寸的金属玻璃的可能性。近年来，一些简单的二元合金系被发现具有较大的非晶形成能力(GFA)，可以通过快淬的方法得到块体非晶，例如Cu-Zr[7]、Pd-Si[8]、Ca-Al[9]等可得到直径为2mm的块体非晶样品。

1.2Cu基非晶合金发展概述

Cu基块体非晶合金是近年来开发出的新的非晶体系，这种非晶合金有较大的玻璃形成能力和相对低的成本，它的拉伸断裂强度比晶体的高得多，可达2000-2400MPa，同时具有一定的塑性，与Zr基、Pd基大块非晶合金相比，其强度也处于领先地位。因此，研究Cu基大块非晶合金的形成机理和形成规律，作为未来的超强结构材料具有重要的意义。大连理工大学的王清等利用变电子浓度经验判据指导Cu基和Cu-Zr-Al体系块体非晶合金的成分优化设计[10]，在（Cu61.8Zr38.2)1-xAlx和（Cu56Zr44）1-xAlx变电子浓度线上得到的块体非晶合金的电子浓度区间分别为1.24-1.30和1.28-1.6，而且非晶合金的热稳定性和玻璃形成能力随电子浓度增加而增加。傅军英等研究了(Cu50Zr50)100-xAlx合金的玻璃形成能力[11]，发现这一合金系中(Cu50Zr50)92.5A17.5具有较好的玻璃形成能力，可以获得直径为7mm的块体非晶。他们用Er替代Cu46.25Zr46.25A17.5中2％的Zr，发现合金的玻璃形成能力得到显著的提高，玻璃形成临界直径增加至12mm。Zhang等制备了一种新的具有非常高的玻璃形成能力的Cu-Zr-Ag-Al系块体非晶合金[12]，它的过冷液体区间达75-108K，其中Cu36Zr48Ag8Al8合金非晶形成能力最高，通过注射模铸造，非晶临界直径达25mm。

2004年，Tang[7]、Inoue[13]、Wang[14]，2005年Wang等人[15]成功制备了直径为2mm的Cu-Zr二元非晶合金。研究表明，Cu-Zr非晶合金的形成能力与合金成分密切相关，GFA最强的合金为Zr36Cu64和Zr50Cu50，其他成分其他成分的合金GFA较弱。

Cu基块体非晶合金的研究取得成分设计、转变机理、制备工艺方面都取得了一定的研究成果，所得非晶的临界直径也越来越大。但是，Cu基大块非晶合金的研究还处在探索阶段，主要问题是还不能准确预测非晶合金的形成能力，大块非晶合金的成分设计理论依据还未建立，已有的理论基本是经验公式，不能普遍适用，需要建立能够预测大块非晶合金的形成能力和非晶成分设计的理论依据；因此，今后需要继续研究Cu基大块非晶合金的玻璃形成能力、转变机理、形成规律和相变过程，建立能够预测大块非晶的形成能力和大块非晶成分设计的理论依据，这对于推动Cu基大块非晶合金的发展，使之作为未来的高强度结构材料具有重要意义。

2、非晶合金玻璃形成能力判据

2.1临界冷却速率

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