多孔非晶合金生物医用材料概述

综述了近十年来国内外关于多孔非晶合金的研究现状,从非晶材料、制备工艺、孔隙参数及力学性能等方面进行了阐述,初步探讨了多孔非晶合金作为生物医用植入材料的发展前景。     

大厚度Ni_(75)B_(17)Si_8非晶合金的制备

 研究了净化Ni_(75)B_(17)Si_(8)合金液的方法以及净化对非晶形成能力的影响,通过净化工艺消除合金液内的异质质点可提高合金液的非晶形成能力;釆用净化和急冷相结合的工艺制备出了20×10×0.5(mm~3)的Ni-(75)B_(17)Si_(8)非晶合金试样。     

激光3D打印铁基块体非晶复合材料

Fe基非晶合金因强度高、硬度高、软磁性能优异等优势,得到人们极大关注。然而,目前实验室和工业领域利用铜模铸造法所能制备的Fe基非晶合金尺寸仍然较小,这严重制约了Fe基非晶合金作为结构材料在工业领域的实际应用。激光3D打印技术的出现为解决上述问题提供了难得的契机。然而,目前国内外的研究中,利用激光3D打印技术制备Fe基非晶合金存在较为严重的裂纹,所以无法利用该技术成型大尺寸的样品。在Fe基非晶合金中引入塑性较好的第二相来吸收热应力,防止在激光3D打印过程中发生开裂,能成功打印出大尺寸的Fe基非晶合金复合材料。通过上述方法成型的大尺寸Fe基非晶合金复合材料,宏观上没有裂纹发生且成型性良好,但微观上仍在局域发现微小裂纹。由于Cu将Fe基非晶合金包裹在中间,所以这些局域的微裂纹没有扩展,也没有贯穿整个材料,打印的Fe基非晶合金复合材料成型性没有受到较大影响。     

Gd-Tb二元稀土基非晶合金（Gd-Tb）-Al-Co的非晶形成能力及热稳定性

采用铜模铸造法制备Gd-Tb二元稀土基非晶合金(Gd-Tb)-Al-Co。确定(Gd-Tb)-Al-Co合金系的非晶形成区域及非晶形成能力。利用差示扫描量热仪对非晶合金的热稳定性以及合金的熔化和凝固过程进行研究。结果表明,Gd-Tb二元稀土基合金(Gd-Tb)-Al-Co的非晶形成能力远大于单元稀土基合金Gd-Al-Co或Tb-Al-Co的非晶形成能力。在(Gd-Tb)-Al-Co合金中,高非晶形成能力合金位于共晶点附近,非晶形成能力最好的合金(Gd0.5Tb0.5)55Al25Co20位于陡峭的液相面一侧,其临界直径(dc)可以达到5mm。与Gd55Al25Co20和Tb55Al25Co20合金相比,原子尺寸相似的Gd和Tb两个稀土元素降低相应合金的凝固温度,提高液相的稳定性,从而提高合金的非晶形成能力。     

耐腐蚀Fe-Cr-Mo-C-B合金的激光表面非晶化及其对结构和性能的影响

铁基Fe-Cr-Mo-C-B非晶合金具有高耐腐蚀性能和高硬度的特点,因而非常适合应用于表面及涂层材料,其较高的非晶形成能力使得采用激光表面处理技术获得理想非晶表面成为可能。采用激光表面熔化技术成功实现了Fe-CrMo-C-B合金的表面非晶化,研究了激光表面熔化工艺参数对合金表面非晶化的影响并建立了最佳工艺。发现合金经激光表面熔化处理后形成了从表面到基体的非晶层、非晶-晶体复合层和晶态基体的多层次结构,并探讨了其形成机理及与腐蚀行为和硬度的相关性。研究表明:Fe-Cr-Mo-C-B合金的硬度和腐蚀行为等表面性能显著依赖于其微观结构,激光表面熔化所获得的非晶表层表现出高硬度和优异的耐腐蚀性能。研究结果也为采用激光表面熔覆技术在其他金属材料表面制备具有实际应用价值的耐腐蚀、耐磨损Fe-Cr-Mo-C-B非晶合金涂层奠定了一定的理论和实验基础。     

树枝晶-非晶复合材料进展

复合材料的性能对工艺的依赖性非常强,特别是金属基复合材料。如果工艺水平一般,制备出的复合材料的性能往往也就是混合律的水平,其优势无法得到很好的发挥。目前非晶合金复合材料主要有3种(:1)固溶体树枝晶-非晶合金复合材料(;2)金属丝-非晶合金复合材料(;3)陶瓷颗粒或孔隙-非晶复合材料。本文主要阐述固溶体树枝晶-非晶复合材料。     

添加微量铜对FeCoNbSiB合金非晶形成能力及磁性的影响

采用工业用硼铁为主要原料制备一种FeCoNbSiBCu大块非晶合金.采用差示扫描量热分析、X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析对合金的非晶形成能力进行研究.结果表明,通过添加微量Cu可以显著提高FeCoNbSiB合金玻璃形成能力,当添加Cu的原子比含量为0.5at%～0.7at%时,合金的非晶形成能力明显提高.采用振动样品磁强计对铸态样品的软磁性能进行研究.结果表明,当Cu的加入量为0.5at%时,非晶合金的软磁性能得到提高.     

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

非晶合金电机空载铁耗研究

为了体现非晶合金低损耗性能的优越性,对1台15 kW、1 000 Hz电机进行空载铁耗仿真计算分析。电机定子铁心为非晶合金材料,定子铁心采用浸漆、固化加工工艺。电机空载铁耗的计算主要包括非晶定子基本铁耗的分离以及空载杂散损耗的计算,得出了非晶合金电机杂散损耗是基本铁耗的6.03倍;并与定子为50DW310时进行对比,得出空载运行时,非晶合金空载铁耗约为硅钢片50DW310的18.82%,电机的效率可以提高3.48个百分点。     

电动汽车驱动非晶开关磁阻电机静态测试与性能仿真

试制了1台8 kW电动汽车驱动非晶开关磁阻电机(SRM),并对其进行了静态性能测试。使用有限元方法对电机在低速大扭矩及高速小扭矩共计4种工况下的铁耗、铜耗、扭矩和效率等性能进行了仿真计算。结果表明,相对于硅钢,非晶合金的高磁导率特性可有效保持SRM在高频激励条件下的相电感值;非晶合金的低损耗特性可有效降低电机铁耗值,尤其在铁耗为电机主要损耗的高速小扭矩工况下,可显著提升电机效率(3%~9%)。然而,非晶合金的饱和磁密较低,非晶电机的磁链-电流曲线相对于硅钢电机会有区别,应在其工作磁密、结构尺寸及控制参数上进行调整和优化以获得最佳性能。     

高速永磁电机综合设计与分析

高速非晶合金永磁电机设计受电磁、机械、温升的制约,因此高速非晶合金永磁电机的设计是一个多物理场综合设计的过程。针对高速非晶合金永磁电机设计受多物理场制约的问题,基于多物理场的分析方法,分析了非晶合金材料对高速永磁电机电磁性能的影响；研究了内置式永磁转子在高速运行状态下的应力分布,并分析了轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响；针对高速非晶合金永磁电机损耗分布特点研究了其温度场的分布。基于提出的多物理场综合设计方法,设计并制造了一台额定功率15 kW、最高转速30 000 r/min的高速内置式非晶合金永磁电机,并对样机进行了试验,验证了仿真分析与设计方法的可行性,为高速非晶合金永磁电机的设计提供参考。     

新型超高强结构材料

液淬非晶铝基Ａｌ－Ｌｎ－Ｍ系合金（Ｌｎ为稀土元素，Ｍ为过渡元素）不但塑性好而且还具有９８０ＭＰａ以上的拉伸断裂强度。最新研究表明，该系非晶铝基合金的拉伸断裂强度高达１５６０ＭＰａ。本文综述超高强非晶铝基合金的开发历程，成分组成，制备工艺，晶化温度和力学性能，拟为国内研究开发这类新型结构材料提供线索。     

超洁净环境中三维非晶态凝固研究

采用超洁净环境对 Zr₄₁ Ti₁₄ Ni₁₀Cu_12.5 Be_22.5 合金进行电弧熔炼,在 1 0 0～ 1 50 K/s的慢速冷却条件下,成功地制备出厚度大于 1 0 mm的非晶合金。这是一种在超洁净环境中的部分无容器凝固,可以获得较大过冷度。随着熔炼过程中氧含量的增多,由于合金表面被氧化,氧化物作为异质晶核强烈促使液态合金结晶。利用红外测温方法快速检测了合金在凝固过程中非晶的形成。通过分析润湿角因子 f(θ)对合金形核与结晶过程的影响,获得了非晶态凝固所需临界冷却速率 Rc 与润湿角θ之间的关系。     

非晶合金的弹塑性本构关系研究

为了将大块非晶合金塑性本构方程拓展到多维应力空间 ,对Zr41.2 Ti13 .8Ni10 Cu12 .5Be2 2 .5大块非晶合金进行了拉压和扭转剪切实验研究。对实验结果的深入分析表明了该材料具有Mises强化特性。应用连续介质力学的弹塑性理论 ,对材料的屈服变形行为进行了研究 ,借助材料的压缩实验和剪切实验资料 ,推导出多维应力状态下大块非晶合金的塑性本构关系的 2种表达式。证明了 2种表达式的统一性。     

气氛对紫外激光非晶合金盲孔加工性的影响研究

为了获得不同气氛对紫外激光加工非晶合金盲孔的质量和效率的影响,采用波长355nm的纳秒激光对Zr–Cu非晶合金进行同心圆式旋切法盲孔加工试验,利用光学显微镜、扫描电镜、激光共聚焦显微镜等仪器对盲孔的显微形貌、粗糙度和加工效率进行了测试。结果表明,气氛的压力和种类影响着盲孔的底面形貌、加工质量和效率。气氛压力越小,盲孔底面粗糙度越低,材料的去除效率越高;相对于氮气、空气中的加工,氧气中表面粗糙度最小,且材料去除率最高。另外,加工表面未出现晶化现象,说明在一定激光参数下紫外纳秒激光可以实现非晶态合金的无晶化加工。     

FeCoVSiB非晶合金磁性能的研究

研究了Fe78Co5V2 Si6 B9非晶合金有效磁导率 μ′、损耗P随频率、磁场强度的变化 ;根据材料使用温度的不同 ,同时研究了在 0 .6 4A m磁场下 ,磁导率随温度的变化。研究表明 ,磁场强度一定时 ,Fe78Co5V2Si6 B9非晶合金的有效磁导率随频率增加而降低 ;频率一定时 ,有效磁导率随磁场强度的增加而增加 ;铁芯损耗均随频率、磁场强度的增加而增加 ;非晶态合金Fe78Co5V2 Si6 B9经不同温度、不同保温时间热处理后 ,磁导率随使用温度的变化 ,自室温始先略有增大 ,而后 ,随温度升高而降低     

复合包渗法制备铌合金表面硅化物涂层

采用复合包渗法在C103铌合金基体上制备硅化物涂层,进行1500℃静态氧化实验,室温～1500℃热震实验,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段对涂层氧化前后的组织结构进行观察,分析涂层形成机理、硅化时间对涂层组织结构的影响以及涂层氧化前后组织形貌的变化.研究表明,复合包渗法制备硅化物涂层主要是通过扩散反应形成的;涂层是以MoSi2相为主体层的多相复合结构;在高温氧化环境下,涂层表面生成熔融态非晶玻璃膜,有效阻止了氧向内进一步扩散,涂层抗静态氧化及抗热震性能良好.     

电沉积条件对Ni-Mo合金成分及其形貌的影响

利用SEM研究了电沉积条件,如：电流密度、电镀时间、镀液温度、pH值、空气搅拌、及N2H4·H2SO4浓度等对Ni-Mo合金成分和形貌的影响。利用XRD研究了Ni-Mo合金沉积层的结构。在电流密度为6．75A／dm2,镀液温度为25℃,pH＝8．3,电镀时间为10min,空气搅拌的情况下,Ni-Mo合金沉积层中Mo的含量高达68wt％。XRD结果表明其沉积层为非晶结构．     

低密度高熵合金的研究进展

高熵合金是一种新型合金,其优异的物理化学性能吸引了研究者的广泛关注。然而,传统高熵合金的密度普遍较大,极大地限制了其工程应用。为了降低合金密度,Al、Ti、Mg、Li、C等低密度元素被用于制备高熵合金,系列等摩尔或非等摩尔比的低密度高熵合金成功制备,在航空航天、能源交通等领域显示出巨大的应用潜力。本文综述了低密度高熵合金的研究现状,分析了合金组元的设计指导原则、制备工艺,并根据其体系特性介绍了高熵合金的相结构以及性能,对低密度高熵合金未来研究方向提出了展望。     

Ti/Al/Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶层状复合材料界面相组成

利用DSC对真空甩带法制得的Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶薄带进行热分析,据此选择在693 K(T_g),753 K(T_g~T_(x1)),813 K(T_(x1))下对非晶合金进行不同时间真空热处理,分析非晶晶化行为,并以Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶合金、TA2和纯Al为原材料,利用Gleeble-3500热模拟试验机在873 K/10 MPa/8 h下制备层状复合材料,采用SEM、TEM、显微硬度计并结合热力学和元素扩散理论对界面层相组成、析出次序和性能进行研究。结果表明:Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶玻璃转变温度T_g=720 K,初始晶化温度T_(x1)=788 K;非晶晶化首先生成亚稳相I相,随后进一步析出三元或四元Laves相和Ti Ni相;热压后,纯Al和非晶晶化层间界面由薄层Al_3Ni和晶粒细小结构均匀的Al3(Ti0.6Zr0.4)层组成,界面平直无缺陷,总厚度与纯Ti、纯Al间界面层厚度比约为6.5∶1;Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))和Al_3Ti硬度相近,分别为(564.20±10.46)HV和(579.83±15.26)HV,但Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))层塑性更好。