PDF《D03.非晶与高熵合金》

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非晶与高熵合金 分会主席:吕昭平、姚可夫、张勇、沈宝龙、王成勇、李扬德、乔B威 D03-01 低维非晶合金材料及特性 汪卫华 中国科学院物理研究所 D03-02 块体非晶合金产业化与应用开发案例 李扬德 东莞宜安科技股份有限公司 块体非晶合金材料产业化涉及专利、合金成分优化、合金批量制备与回收、真空熔炼成型工艺与装备、产品后加工以 及相匹配的材料加工技术等.从原材料到产品,需要诸多环节的关键技术开发.目前商业化开发的主要是锆基非晶合金, 原料价格较高,但作为可以压铸成型的高比强材料,锆基非晶合金在部分取代不锈钢和钛合金的应用领域具有明显的成型 工艺和成本优势.非晶合金特有的铸态大弹性应变极限、高强度、高硬度和高耐腐蚀性特点,结合其成型过程中极好流动 性无结晶相变的低凝固收缩特点,使其在高强精密薄壁复杂结构和弹性部件领域有着极好的应用前景.本文重点介绍液态 金属在通讯、机器人和工业标准件等领域的应用开发进展,包括在大尺寸部件如笔记本框和大幅面薄板等领域的开发情况. D03-03 典型面心立方和体心立方高熵合金的固溶强化 吕昭平,雷智锋,尚园园,吴渊 北京科技大学新金属材料国家重点实验室 由于其高的组织稳定性、大的晶格畸变和复杂的化学短程有序,高熵合金带来了一系列独特的性能,呈现出很大的工程应 用潜力.传统的溶质和溶剂的概念在高熵合金中已不适用,因此其变形行为与强化机理方面的研究受到愈来愈多的关注和重视. 近来,我们课题组采取了多种手段来强化典型的高熵合金.本报告将主要介绍典型面心立方 FeCoNiCrMn 和体心立方 TaNbHfZrTi 固溶强化行为,着重讨论间隙原子对变形行为和力学性能的影响规律.在此基础上尝试探索这两种高饱和复杂固溶 体中的间隙固溶强化机理. 我们的结果不仅为提升高熵合金的综合力学性能提供了新途径,而且也为正确理解固溶强化理论奠 定了基础. D03-04 金属玻璃强度的随机尺寸效应:从块体金属玻璃到金属纳米玻璃 (nanoglass) 杨勇,李福成 机械工程系,工学院,香港城市大学,九龙塘,九龙,香港特别行政区,中国 金属玻璃的强度在小尺寸下是否具有尺寸效应一直是个有争议的问题.在本次报告中,根据分子动力学模拟结果,我 们首先提出一个金属玻璃剪切带的生长失稳模型.通过这个生长失稳模型,我们把金属玻璃强度和剪切带的宽度,弹性模 量,剪切带内的能量耗散以及剪切带的长度联系在了一切.由此,我们可以定量解释为什么在微米压缩实验里面,有时候 可以看到尺寸效应,有时候又看不到尺寸效应.并且我们也可以解释问什么在微米拉伸试验里面,尺寸效应相较于微米压 缩试验更为明显.更进一步,我们研究了金属纳米玻璃(nanoglass) 的强度行为,发现了尽管金属纳米玻璃的模量虽然较块 体金属玻璃高,然而它的强度却变弱.这个看似反常的现象也可以用金属玻璃内剪切带的生长失稳模型很好解释.最后, 我们讨论了不同金属玻璃里可达到的强度极限. D03-05 铁基非晶合金的化学活性和污水降解净化性能研究

2 姚可夫,陈双琴, 邵洋 清华大学材料学院 非晶合金因其特殊的原子无序堆垛结构,使其具有多种优异的力学、物理和化学性能.特别是最近的研究结果表明,非 晶合金具有比传统零价晶态合金及其同成分的晶态合金更好的偶氮染料降解性能,使其在染料污水降解净化处理中具有很好 的应用前景.本研究对铁基非晶合金条带的降解性能,发现除非晶合金的亚稳结构有利于高反应活性外,制造过程中的高残 余应力也有利于提高反应活性.本研究还发现,晶化退火处理并不一定导致合金在降解净化处理中的反应活性降低,通过对 (Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1)91.5Ni8.5 非晶合金进行合适的晶化热处理获得的多相纳米晶合金,具有远高于同成分非晶合金的反 应活性.并且,在偶氮染料降解净化处理过程中,(Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1)91.5Ni8.5 多相纳米晶条带在多次循环降解净化处 理中可保持较好的降解效率稳定性.上述研究结果表明,铁基非晶合金及合适热处理获得的晶态合金具有很好的应用前景. D03-06 Cr 元素添加对 FeSiB 非晶合金热稳定性、软磁性能以及耐腐蚀性能的影响 沈宝龙 东南大学 材料科学与工程学院 本文研究了 Cr 元素添加对 FeSiB 非晶合金热稳定性、软磁性能以及耐腐蚀性能的影响机理.通过单辊甩带法制备了 Fe79.5-xSi9.5B11Crx (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 7,

9 和11 at%) 非晶薄带,对其进行退火处理,分析不同退火条件下的晶化相组成, 发现微量掺杂 Cr 元素可显著提高合金热稳定性.利用振动样品磁强计(VSM)和直流 B-H 仪对非晶合金的磁学性能测量发 现,随着 Cr 元素含量从

0 增加到

11 at%,非晶合金的饱和磁感应强度从 1.63 T 下降至 0.63 T,矫顽力从 2.46 A/m 下降至 1.47 A/m.在室温下 0.1 M 氯化钠溶液中开展浸泡实验发现,Cr 元素含量从

0 增加到

5 %时,腐蚀速率从 1.83*10-1 大幅下降 至3.91*10-4 mm・year-1;

利用扫描电镜(SEM)对浸泡后的薄带表面进行分析,结果显示,薄带表面形成的致密氧化膜导致 了非晶合金耐腐蚀性能的提高.对非晶合金进行电化学极化曲线分析,结果表明,Cr 元素含量为

5 %的合金具有较低的钝化 电流密度(2.67 * 10-6 A/cm2)以及较大的钝化区间(0.44 V);

Cr 元素含量大于

5 %时,电化学极化曲线钝化区间超过 1.13 V.利用 X 射线光电子能谱(XPS)对电化学测试后条带表面元素结合能分析表明,Cr 元素在表面层的富集是 FeSiBCr 非晶合金耐蚀性提高的主要原因. D03-07 磁性非晶合金及其衍生物的电控磁行为 陈娜,张盈祺 清华大学材料学院 电控磁行为已在磁性金属、磁性半导体和磁性氧化物中相继报道,表明这种磁电耦合交互作用普遍存在于磁性材料中, 而载流子调制磁性是电控磁行为的典型机理之一.相比磁性晶体金属,磁性非晶合金的载流子浓度低约一到两个数量级, 在同样外加栅极电压下,同样厚度的磁性非晶合金薄膜可能会表现出更为显著的电控磁效应.另一方面,磁性晶体金属在 不改变母相晶体结构的前提下,对于外加异类元素通常有固溶度的限制.而磁性非晶合金由于结构的长程无序特性可以引 入更多的外加元素实现成分和性能的连续可调.采用物理气相沉积方法,在磁性非晶合金 CoFeTaB 中引入氧,可使其发生 金属-半导体转变,从而降低磁性非晶合金的载流子浓度.随氧含量的增加,CoFeTaBOx 的光学带隙不断增大,载流子浓 度不断降低,而电控磁效应不断增强.针对具有自旋极化导电电子的磁性非晶合金及其衍生的非晶氧化物开展系统深入的 磁电输运及电控磁行为研究可以拓宽磁性非晶合金在自旋电子学领域的应用,具有重要的科学研究意义和实际应用价值. D03-08 稀土基非晶磁制冷材料的开发及性能研究 霍军涛,盛威,王军强 中国科学院宁波材料所 稀土基非晶合金相比于晶态磁制冷材料具有制冷温区宽、力学性能和耐腐蚀性能优异等优点,作为磁制冷工质具有广 阔的应用前景.但是现有稀土基非晶合金还面临磁转变温度较低、加工性能差等问题,限制了其作为室温磁制冷材料的应

3 用.针对以上问题,我们通过研究铁磁性元素对 Gd 基非晶合金磁性能的影响机制,优化合金成分,开发了一些列兼具大 非晶形成能力、优异力学性能和近室温优异磁热效应的 Gd 基非晶态制冷材料;

并利用熔体抽拉法将 Gd 及其非晶合金制备 成实际所需的微米级丝材.近室温具有大磁热效应的 Gd 基非晶态制冷材料及其微丝的开发,将促进稀土基非晶合金作为 磁制冷材料的实际应用. D03-09 Fe 基块体非晶合金的因瓦效应 胡强,王金苗,严意宏 江西省科学院应用物理研究所 因瓦效应是指某些磁性合金在居里温度附近或居里温度以下出现异常低膨胀的效应,最早在 Fe-Ni 合金中发现,是迄今为 止唯一获诺贝尔物理学奖的冶金学成就.传统 Fe-Ni 因瓦合金已有广泛应用,但其面心立方结构使得合金材质偏软,而Fe 基 块体非晶合金最大特点就是高强度,如能结合两者特性则可实现很有潜力的应用.早期仅有薄带 Fe 基非晶因瓦效应的报道, 我们首次发现(Fe71.2B24Y4.8)96Nb4 块体非晶也具有明显的因瓦效应,且其因瓦效应在结构弛豫后增强,在出现纳米晶后减弱, 在晶粒粗大时则基本消失,另外在某个特定的熔体温度下制备的非晶具有更为明显的因瓦效应,这些现象与 Fe 原子局域结构 的改变有关,可通过穆斯堡尔谱测得的超精细内磁场的变化获得较好的解释.最近我们进一步研究了Fe76- xSi3.3P8.7C7.0B5.0Mx(M=Cu, Mo;

x=0-5) 、 [(Fe1-xCox)75B20Si5)]96Nb4(x=0, 0.3, 0.5) 、 Fe100-xNixP13C7(x=10, 20, 30) 和FeMoPCB 四个体系

14 个磁性块体非晶合金的热膨胀行为,发现它们均有因瓦效应,且分为两类,一类合金的低膨胀特性出 现在居里温度附近狭窄的温度区间里,另一类合金则在居里温度以下宽广的温度范围内都具有低膨胀特性,因此更具实用性, 且后一类合金的饱和磁化强度和居里温度均偏低,也即磁性能偏低.另外,Co 和Ni 两种铁磁性元素常用来替代 Fe 基非晶合 金中的部分 Fe 元素,从而调节合金的各种性能,但我们发现不管是用 Co 还是来 Ni 来替代 Fe 元素均会导致因瓦效应的减弱, 且替代量相同时因瓦效应减弱的程度也基本相同,这与 Fe-Fe 原子对数目的减少有关.上述研究工作对开发新型高强度、低膨 胀Fe 基块体非晶合金具有很好的指导意义. D03-10 (FeCoNi)75Mo5P10B10 高熵块体非晶态合金磁热性能的研究 吴克楠 新疆大学 利用 Fluxing 提纯技术和 J-quenching 技术相结合的方法,我们成功制备了最大直径达 1.8 mm 的(FeCoNi)75Mo5P10B10 高熵 块体非晶态合金,并对其磁热性能进行了表征和研究.结果显示,(FeCoNi)75Mo5P10B10 高熵块体非晶态合金的饱和磁化强度 和居里温度分别为 53.63 emu/g 和547 K;

在5T外场下的最大磁熵变值为 1.85Jkg-1K-1.同其它过渡族金属基非晶态合金相比, 目前的过渡族金属基高熵块体非晶态合金的磁热性能并不突出,表明高熵效应似乎对非晶态合金的磁热性能并没有显著影响. D03-11 Fe、Ni 元素相互替换对 FeNi 基非晶态合金机械性能影响的第一性原理模拟计算研究 岳转辉,李强 新疆大学 为了研究 Fe、Ni 元素相互置换对(Fe, Ni)80P14B6 非晶态合金机械性能影响的结构起源,我们采用第一性原理分子动力 学方法对 Fe80P14B6,Fe40Ni40P14B6,Ni80P14B6 非晶态合金进行了模拟计算.研究结果显示,Fe80P14B6 和Ni80P14B6 中存在 P-B 键,而Fe40Ni40P14B6 中则没有.P-B 键属于强的共价键,不利于塑性变形.键对分析表明,相对于 Fe80P14B6 和Ni80P14B6,Fe40Ni40P14B6 合金中代表类二十面体的 15XX 键对比例减小,而代表 fcc/hcp 的142X 键对和 bcc 的1441 和1661 键对比例增大,这就说明 Fe、Ni 互换后合金的五次对称性降低,这有利于塑性变形.另外,通过中程 序分析发现,Fe80P14B6 和Ni80P14B6 合金中团簇间共面连接所占比例较大,而Fe40Ni40P14B6 合金共点连接所占比例较 大,说明 Fe、Ni 互换后合金中团簇的连接方式方式变化,导致团簇间空穴增多,从而使合金塑性增加.团簇相关联指数计 算结果表明,Fe80P14B6 和Ni80P14B6 合金中团簇的关联性强于 Fe40Ni40P14B6 合金,表明 Fe、Ni 互换后合金中团簇间 关联性减小,这使的合金变得相对疏松,对合金的塑性变形是有利的.

4 D03-12 Fe 基非晶软磁复合材料的放电等离子烧结制备与绝缘设计 赵占奎,鲁书含,王明罡 长春工业大学材料科学与工程学院 软磁复合材料(SMCs)是有高电阻率高磁性能低损耗可应用于中低频率范围的高性能软磁材料.为获得性能优异的磁 粉芯,通常采用粉末冶金的方法压制绝缘处理后的磁性粉末.但SMCs 磁芯的电阻率由于其烧结过程及热处理过程中存在 金属元素扩散破坏界面绝缘性使电阻率降低的问题.同时 SMCs 磁芯还存在绝缘介质的非磁性添加导致的饱和磁感应强度................