Anvendelse af sjældne jordarters grundstoffer Y, Gd og Sc
i kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer
På grund af sjældne jordarters unikke magnetiske og elektriske egenskaber og deres forbindelser har sjældne jordarters grundstoffer en bred vifte af anvendelser i amorfe legeringer. Kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer i amorfe legeringer har gode højstyrke- og hårdhedsegenskaber. Ifølge nyere forskning kan tilføjelse af en passende mængde sjældne jordarters elementer betydeligt forbedre glasdannelsesevnen og termisk stabilitet af amorfe legeringer og kan også reducere produktionsomkostningerne. Derfor, hvordan man får sjældne jordarters grundstoffer til at spille en større rolle i kobberzirkoniumbaseret amorfe legeringer er blevet et aktuelt forskningshotspot.
1. Fysiske og kemiske egenskaber af sjældne jordarters grundstoffer
(1) Sjældne jordarters grundstoffer har stærk kemisk aktivitet og kan reagere med urenheder såsom oxygen og svovl i legeringer for at danne stabile forbindelser, der spiller en rensende rolle.
(2) Sjældne jordarters grundstoffer kan øge atomstørrelsesforholdet og faststof-væske grænsefladeenergi for legeringer, hvilket øger modstanden mod krystallisation og forbedrer legerings evne til at danne glas.
(3) Tilføjelse af sjældne jordarters elementer kan forfine legeringsstrukturen.
2. Anvendelse af sjældne jordarters grundstof Y i kobberzirconiumbaserede amorfe legeringer
Zr og Cu har oxygenaffinitet, mens sjældne jordarters grundstof Y har stærkere oxygenaffinitet sammenlignet med Cu og Zr. Entalpien for dannelse af Y's oxid er omkring 1903,6 kJ/mol, mens entalpien for dannelse af Cu og Zr's oxid er omkring 157,3 kJ/mol og 1102,3 kJ/mol. Entalpien for dannelse af Y's oxid er større end Cu og Zr's oxid, så sjældne jordarters grundstof Y er mere tilbøjelige til at reagere med oxygen. Y kan effektivt eliminere oxygen i den eksperimentelle proces og legeringsmatrix, og oxidet af Y på overfladen af metalsmelten påvirker ikke matrixlegeringen, hvilket kan rense legeringen og reducere den negative virkning af heterojunction på glasdannelsesevnen. kernen. Derfor kan det sjældne jordarters element Y forbedre legeringens evne til at danne amorfe. Tilføjelsen af sjældne jordarters element Y har også den effekt at forbedre organisationsstrukturen, forbedre mekaniske egenskaber og forbedre korrosionsbestandigheden.
Der er mange undersøgelser af effekten af at tilføje sjældne jordarters grundstof Y til kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringssystemer på evnen til at danne amorfe og mekaniske egenskaber. Shan Shengfeng et al. fundet, at når indholdet af sjældne jordarters grundstof Y er 1,0% (atomfraktion), er legeringen amorf; Når indholdet af Y-element er 1,5% (atomfraktion), induceres nanokrystallisation, og legeringens trykstyrke når 1990 MPa; Efter tilføjelse af Y øges antallet af forskydningsbånd ved legeringens brudoverflade, og sammenfletningen af forskydningsbånd hindrer ujævn deformation, hvilket forbedrer legeringens plasticitet og styrke. Sun Bo fandt ud af, at tilsætningen af sjældne jordarters grundstof Y først steg og derefter reducerede dets evne til at danne amorfe. Den passende mængde Y-tilsætning kan forbedre den amorfe dannelsesevne af Cu47Zr47Al6-legeringssystem.
2. Virkningen af sjældne jordarters grundstof Gd på egenskaberne af kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer
Tilføjelse af en passende mængde sjældne jordarters grundstof Gd til kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer kan øge interaktionen mellem små og store atomer, hvilket øger atomafstanden mellem kobberzirconiumbaserede amorfe legeringer, ændrer deres kortrækkende ordnede region og atomarrangement, øger atomartæthed i legeringen, og gør diffusion over store afstande vanskelig. Væksten af korn i legeringen under krystallisation styres af diffusion i tredimensionel vækst. Derfor har tilføjelsen af sjældne jordarters elementer en betydelig indvirkning på den termiske stabilitet, glasdannelsesevnen og atomarrangementsstrukturen af amorfe legeringer og kan også ændre mikrohårdheden af amorfe legeringer.
Der er også mange undersøgelser af effekten af at tilføje sjældne jordarters grundstof Gd til kobberzirconiumbaserede amorfe legeringssystemer på glasdannelsesevne og mekaniske egenskaber. Som Sun Yajuan et al. fundet, kan tilsætning af en passende mængde sjældne jordarters grundstof Gd til Zr50.7Cu28Ni9Al12.3-legering have en deoxygeneringseffekt, hvilket øger størrelsen af den amorfe smelte lidt og øger stabiliteten af den underafkølede smelte, hvilket reducerer forskellen i fri energi og dermed forbedrer glasdannende evne af den amorfe legering. Liang Shunxing et al. analyseret effekten af sjældne jordarters grundstof Gd på de strukturelle ændringer, dannelsesevne og termisk stabilitet af kobberzirconiumbaserede amorfe legeringer. Resultaterne viste, at tilsætningen af Gd øgede den gennemsnitlige atomafstand mellem den amorfe legering og ændrede dens atomarrangement. Zhang Yongzhang fandt ud af, at mikrohårdheden af legeringsprøver ændres med tilsætningen og indholdet af sjældne jordarters grundstoffer. Når sjældent jordmetal Gd tilsættes, er mikrohårdheden af amorfe legeringsprøver større, og ændringen i mængden af tilsat sjældent jordmetal Gd har ringe effekt på legeringens mikrohårdhed.
3. Anvendelse af sjældne jordarters grundstof Sc i kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer
I legeringssmelten findes oxygen i form af ZrO2-kernedannelseskerne eller -klynger. Efter tilføjelse af sjældne jordarters grundstof Sc til amorfe legeringer, vil oxygen eksistere i en mere stabil form af Sc2O3, og Sc2O3 vil ikke blive kernen i heterogen kernedannelse i amorfe legeringer. Ved at tilføje sjældne jordarters grundstof Sc forbedres stabiliteten af amorfe legeringer i det underafkølede væskefaseområde, og muligheden for deres omdannelse til krystaller reduceres. Derfor er glasdannelsesevnen af amorfe legeringer forbedret. Desuden kan tilføjelse af en passende mængde sjældne jordarters grundstof Sc betydeligt øge den maksimale amorfe formationsstørrelse af amorfe legeringer, men det vil reducere deres korrosionsbestandighed. Helin et al. fandt, at det sjældne jordarters element Sc kan øge den maksimale amorfe formationsstørrelse af Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5-legering, men dets indvirkning på dets termiske stabilitet er relativt lille. Og det blev også fundet, at tilføjelse af Sc kan reducere krystallisationsaktiveringsenergien af legeringen, men øge krystallisationsinkubationsperiodens tidskonstant og reducere krystallisationsfrekvensfaktoren. Den kombinerede effekt af disse to faktorer forlænger krystallisationsinkubationsperioden for legeringen, øger tendensen til underafkøling og forbedrer evnen til at danne amorfe. Li Yang et al. fandt i deres forskning, at tilføjelsen af sjældne jordarters grundstof Sc kan ændre fasestrukturen og mikrostrukturen af Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 amorf legering i den amorfe krystallinske overgangszone, hvilket væsentligt forbedrer dens glasdannende evne.
4. Konklusion
Sjældne jordarters grundstoffer Y, Gd og Sc har alle stærk oxygenaffinitet og kan rense legeringssmelten, reducere de negative virkninger af heterogen kernedannelse og forbedre dens termiske stabilitet. Derfor kan de forbedre den amorfe dannelsesevne af kobberzirconiumbaserede amorfe legeringer. Tilsætning af sjældne jordarters grundstof Gd kan forbedre mikrohårdheden af amorfe legeringer, men ændringen i mængden af tilsat Gd har ringe effekt på mikrohårdheden. Desuden kan tilføjelsen af sjældne jordarters grundstof Y en smule reducere mikrohårdheden af amorfe legeringer. Tilsætning af sjældne jordarters grundstof Sc kan føre til et fald i korrosionsbestandigheden af kobberzirconiumbaserede amorfe legeringer, mens tilsætningen af sjældne jordarters grundstof Y kan øge korrosionsbestandigheden af kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer. Et rimeligt udvalg og en kombination af sjældne jordarters elementer kan bedre forbedre ydeevnen af kobberzirkoniumbaserede amorfe legeringer.