代开锋-外文论文翻译-汉版-Cu-Zr-Ag-Al合金高玻璃形成能力的制备及特性1

附件二：译文材料科学与工程B(148)92-96Cu-Zr-Ag-Al合金高玻璃形成能力的制备及特性张晓伟清胜张春灵秦井上明久东北大学材料研究学院,仙台980-8577,日本日本科学技术振兴机构,仙台980-8577,日本2007年5月25日收到，在2007年7月20日修订，接受于2007年9月3日摘要基于三元Cu45Zr45Ag10，在Cu-Zr-Ag-Al合成系统中,新Cu-Zr基玻璃合金有着不同寻常的玻璃形成能力。四元合金过冷合金液显示区域75-108K和高的减少玻璃化转变温度0.581-0.610。Cu36Zr48Ag8Al8具有最好的玻璃形成能力，以铸造方法注塑模具制作成功获得直径25mm的非晶合金。在NH2SO4的环境下，塑性应变0.1-1.0%和高的耐蚀性，大部分玻璃合金显示较高的压缩断裂强度为1836-1981MPa。关键词:Cu-Zr-Ag-Al合金；玻璃形成能力；热稳定性；力学性能；耐蚀性1.介绍非晶合金具有独特的性能,高强度、大的弹性应变极限,具有极高的硬度、良好的磁性和耐蚀性[1]。值的注意的是高断裂强度和韧性可以通过加入金属元素得到,如Zr[2,3],Ti[4],Ni[5-8],Cu-Ti[9]和Cu[10-12]，Zr和Cu基合金在上述六种合金中是对工程材料最有用的材料，因为他们有很高的玻璃形成能力、良好的机械性能[2、3、10-12]。众所周知,Cu-Zr玻璃合金有三个低共熔体,Cu50Zr50显示液体具有大的过冷度△Tx(定义：玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间的差)≥55K，较大的降低玻璃化转变温度Tg/Tl(Tl:液相线温度)在0.56以上,临界直径可达到2.0mm[13]。最近,我们发现,添加Ag能显著提高Cu50Zr50合金玻璃形成能力以及过冷液体稳定性，最好的玻璃形成能力是Cu45Zr45Ag10合金,利用注塑模具铸造方法[14]可以获得直径6.0mm玻璃样品。Cu45Zr45Ag10合金高的断裂强度达到1800MPa和超过了0.2%塑性应变。已经报道说,新Cu-Zr基、Cu-Zr-Al-Ln[15、16]、Cu-Zr-Ti-Ag[17]合金玻璃棒能达到临界直径超过1cm。然而,四元合金在室温下不显示塑性行为。我们注意到,三元合金体系的Cu-Zr-Ag一样不是完美的满足规则。因为Cu-Ag三个部分组成有正热量的混合[18]。另一方面,Cu-Zr-Al合金系统满足组件的规则,对Al-Ag具有负热量[18]的混合。因此,Cu-Zr-Ag-Al四元合金体系具有高的玻璃形成能力和可预期的过冷液体稳定性[1]。本文试图呈现铝对Cu45Zr45Ag10玻璃合金附加的效果形成和热稳定性几乎接近三元共晶合金成分。这是一个新的以Cu-Zr基为基体，Cu-Zr-Ag-Al四元合金临界直径超过25mm,△Tx超过100K,在NH2SO4环境下，具有良好的机械性能和高的抗腐蚀性。2.实验过程在氩气氛下，用铜、锆、银、铝（金属纯度为99.5%以上）制备电弧熔化混合物的合金锭。合金锭重熔四次确保化学均匀性。质量损失的量为每锭融化后小于0.1%熔前的质量。玻璃合金是由注射模具用直径30mm散装圆柱棒和融化纺丝带（0.02mm×1.2mm）制造的。玻璃相被X射线衍射和升温速率0.67K/s热稳定性差示扫描量热法(DSC)检查。融化和熔点气温是用升温速率0.33K/s差热分析仪(DTA)检测的。力学性能用英斯特朗测试仪器检测。仪表的尺寸标本直径是2.5mm，高度5.0mm做抗压试验，且应变率为5×10-4s-1。断口用扫描电镜(SEM)扫描。在通风的室温下，在NH2SO4环境下采用电化学耐腐蚀进行评价测量。进行了电化学测量三电极用一个白金辅助电极和一个相反Ag/AgCl电极。动电位极化实验在开路情况下以曲线扫描率50mVmin-1测定,当断路大约20min后几乎变成了稳定。3.结果和讨论3.1Cu45Zr45Ag10-xAlx玻璃合金表1：总结热力学参数和关键样品直径的新Cu-Zr基玻璃合金样品研制工作Alloycomposition(at.%)Tg(K)Tx(K)Tl(K)△Tx(K)Tg/Tlydc(mm)Cu45Zr45Ag106837561159730.5890.4106Cu45Zr45Ag7Al36887681151800.5980.4187Cu45Zr45Ag5Al56977831147860.6080.4259Cu45Zr45Ag3Al77087861177780.6020.4178Cu46Zr46Ag4Al46867671168810.5870.4147Cu44Zr44Ag6Al66987901144920.6100.43910Cu42Zr42Ag8Al87057801213750.5810.40712Cu40Zr40Ag10Al107107651273550.5580.3863Cu40Zr44Ag8Al86937911176980.5890.42315Cu38Zr46Ag8Al869279511451030.6040.43320Cu36Zr48Ag8Al868379111421080.5980.43325Cu34Zr50Ag8Al868078011481000.5920.42715表1列出新发现的一些例子Cu-Zr-Ag-Al非晶合金体现了优化合金导致关键样品直径连续增加的顺序。在玻璃合金Cu45Zr45Ag10中，发现铝替代银可以提高合金的过冷液体稳定性。图1显示的分别是Cu45Zr45Ag10-xAlx(x=0-7%)的玻璃合金DSC和DTA曲线。从图1和表1可以看出,所有的Tg和Tx增加逐渐随铝含量增加至7%而增加,当△Tx增加从73K到86K,铝含量增加至5%,然后下降到78K时，铝含量进一步增加至7%。从这些DTA扫描过(图1b)6mm见表1。同时从表1,四元合金的Tl从1159K到1147K降低，铝含量增加从0到5%,然后在铝含量较高范围Tl增加。x=5合金显示最大的△Tx是86K,最高Tg/Tl的值是0.608，γ(=Tx/(Tg+Tl)是0.425。图二显示XRD模式的铸态Cu45Zr45Ag10-xAlx(x=0-7%)合金棒直径7到10mm。不含Al的Cu45Zr45Ag10合金完全固化，其样本直径约7mm,它的临界直径是6mm。铝的添加量至3-7%，此外,准备好较大直径的铝合金样品,最好的玻璃形成能力Cu45Zr45Ag5Al5铸造直径达9mm以上。这表明适量的铝能够防止金属间化合物的形成和玻璃易弯曲。这组实验结果表明,某些原子尺寸失配和高效可增加玻璃形成能力的多元系统。在Cu-Zr-Ag-Al系统中,原子半径各组成部分元素：锆1.60×10-9；银1.45×10-9；铝1.43×10-9；和铜1.28×10-9[19],从而原子尺寸锆/铜比值为1.25、锆/银为1.10、银/铜为1.13、A1/铜为1.12。因此,目前的组合就会产生一个原子大小局部结构效率低下,这常伴随着内部能量、高粘度低的液体。此外,本系统该标准也满足Zr-Al混合加热,Zr-Cu,Zr-Ag和Al-Ag双水解分别-38、-23、-20、-4kJ/mol[18]。这些大量的低热混合使组件交互作用增强,在液体中促进化学短射程排序,可促进局部的效率,并抑制远程原子扩散[1]。3.2(Cu0.5Zr0.5)100-x(Ag0.5Al0.5)x玻璃合金如图1b,Cu45Zr45Ag5Al5合金显示两个主要吸热特性,试验表明,这种合金不是很靠近四元合金共晶点。所以,我们保证比例铜对锆和银对铝为1比1,检查热稳定性和合金(Cu0.5Zr0.5)100-x(Ag0.5Al0.5)x(x=4–20%)玻璃形成能力。从图3a和表1,我们可以看出Tg随着铝、银含量增加而逐渐增加,而Tx增加随着铝、银含量增至12%而增加,然后减少。在x=8-16时，导致较大△Tx超过75K，当x=12时，最大△Tx为92K。DTA扫描形成(图3b)和表1,它可以看出铝、银的含量达到12%，Tl显著降低，然后增加。在x=12时，合金最低Tl使Tg/Tl最高数值为0.610和γ数值0.439。尽管Cu44Zr44Ag6Al6合金显示最大的Tx,最高的Tg/Tl和γ值,可以获得一个完整的直径大约10mm的玻璃样品。然而,在(Cu0.5Zr0.5)100-x(Ag0.5Al0.5)x合金系列中，Cu42Zr42Ag8Al8合金玻璃形成能力最高,玻璃样品形成的直径达到12mm。图1.Cu45Zr45Ag10-xAlx(x=0–7%)玻璃合金DSC(a)和(b)的DTA曲线。图二显示XRD模式的铸态Cu45Zr45Ag10-xAlx(x=0-7%)合金棒直径7-10mm。图3(Cu0.5Zr0.5)100-x(Ag0.5Al0.5)x(x=4–20%)玻璃合金DSC(a)和(b)的DTA曲线。3.3Cu84-xZrxAg8Al8玻璃合金此外,我们固定Ag、Al含量到8%,依据不同含量的Zr或Cu来检查过冷液体稳定性和四元合金玻璃形成能力。图4分别显示DSC和DTA曲线Cu84-xZrxAg8Al8(x=42-50%)玻璃合金。从图4a和表1,可以注意到△Tx增加，组成变化转移到富Zr范围,当x=44-50时，可以获得较大的温差值△Tx值为98K-108K。此外,随着Zr含量，Tl降低(图4b),在x=44-50时，导致较大的Tg/Tl值0.589-0.604和高γ值0.423-0.433。可以注意到Cu36Zr48Ag8Al8合金表现的Tl最低,而且可以观察到这种合金成分接近四元合金共晶成分。Cu84-xZrxAg8Al8(x=44–50%)合金显示高的玻璃形成能力。可以获得一个临界直径为15mm以上完整的玻璃样品,Cu36Zr48Ag8Al8合金显示出高的玻璃形成能力。图5显示外壳,表面的外观和XRD模式的铸态Cu36Zr48Ag8Al8合金样品。样品的表面光滑、既不是拱形也看不见型腔(图5)。X射线衍射模式样品以15-25mm直径只有一宽广峰,表明一个玻璃相的成立。进一步增加30mm直径,样品的结果降水的水晶阶段。因此得出玻璃的形成阶段隔关键样品直径为25-30mm。通常,Tg/Tl、△Tx和γ值作为玻璃形成能力的指标[1、20、21]。虽然现在合金展览大,显然从表1,虽然合金呈现较大的Tg/Tl,△Tx和γ值，但是我们不能认识四元玻璃合金有一个完美的相关性和玻璃形成能力这些参数。在另一方面,DTA曲线表明,在Cu-Zr-Ag合金中加入Al(图1b),或与铝加银含量达到16%(图3b)，这些合金共晶温度逐渐下降。进一步转变富Zr合金成分范围(图4b)可导致Tl降低,表明Cu36Zr48Ag8Al8位于四元共晶合金组成附近。Cu36Zr48Ag8Al8合金显示最高玻璃形成能力因为四元共晶合金由多个命令阶段互相竞争,结晶同时重组的液体的要求不同种类的原子,它能明显抑制动力学的研究结晶过程,从而提高玻璃的形成[17]。图4Cu84-xZrxAg8Al8(x=42–50%)玻璃合金DSC(a)和(b)的DTA曲线。图5(a)Cu36Zr48Ag8Al8样品直径20和25mm铸态。(b)铸铜XRD模式Cu36Zr48Ag8Al8样品15至30mm直径。3.4力学性能和耐腐蚀性能Cu-Zr-Ag-Al玻璃合金体积图6直径2.5mm的Cu84-xZrxAg8Al8(x=42–48%)玻璃合金棒压缩应力-应变曲线。图6显示直径2.5mmCu-Zr基玻璃合金棒压缩应力-应变曲线。玻璃合金具有良好的机械性能,即抗压断裂强度1873-1981MPa,抗压屈服强度1844-1953MPa,弹性模量(E)104-110GPa,塑性应变0.1-1.0%。我们也通过扫瞄式电子显微镜检查合金棒断裂行为。对于韧性好的非晶合金，已经证实了所有的断裂行为沿最大剪切应力层,下降是由大约45°垂直的载荷和断裂表面组成一个完整的静脉模式典型。图7显示在298K通风情况下，直径