非晶态金属的原子排列是无规密堆的，没有长程序，只是局域地保持一定的短程序。由于这种特殊的微观结构，块体非晶合金的机械物理性能都有极大的变化。Ti基非晶合金延续了块体非晶合金的以上优点，除了具有较高的抗拉强度、和高的抗腐蚀性能，此外，由于主合金元素Ti的低密度（4500 kg/m³），使其具有极高的比强度，具有诱人的应用前景。截至目前，在已开发的Ti基非晶合金中，具有大于5 mm临界尺寸的成分大多是借助于有害元素或者贵金属提高玻璃形成能力，或者制备出的非晶合金易于发生脆性断裂而缺乏实用价值，因此，开发一种新型无害轻质高强Ti基非晶合金显得尤为必要，可以极大地拓宽非晶合金的应用范围。

作者研究了合金元素Sn的添加对TiZrHfCuNiSi玻璃形成能力的影响，寻找具有最佳玻璃形成能力的合金成分并对其进行相应的研究。研究结果表明，含5 %Sn合金的临界尺寸达到6 mm。据我们了解，到目前为止，6mm为不含有毒元素（例如Be）以及贵金属（例如Pd）的Ti基块体非晶合金系中临界尺寸的最大值。适量的Sn元素的加入导致更加复杂的原子间作用力和更大的原子密排度，结晶所需要的长程扩散难以进行，从而显著提高了合金的玻璃形成能力，同时提高了合金的热稳定性。

研究结果发表在Journal of Alloys and Compounds （427 (2007) 171）上，相关摘要内容如下

Title： A new Ti–Zr–Hf–Cu–Ni–Si–Sn bulk amorphous alloy with high glass-forming ability

Authors：Y.J. Huang, J. Shen , J.F. Sun, X.B. Yu

 

Abstract：

 

The effect of Sn substitution for Cu on the glass-forming ability was investigated in Ti41.5Zr2.5Hf5Cu42.5−xNi7.5Si1Snx (x = 0, 1, 3, 5, 7) alloys by using differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffractometry. The alloy containing 5% Sn shows the highest glass-forming ability (GFA) among the Ti–Zr–Hf–Cu–Ni–Si–Sn system. Fully amorphous rod sample with diameters up to 6mm could be successfully fabricated by the copper mold casting Ti41.5Zr2.5Hf5Cu37.5Ni7.5Si1Sn5 alloy. The activation energies for glass transition and crystallization for Ti41.5Zr2.5Hf5Cu37.5Ni7.5Si1Sn5 amorphous alloy are both larger than those values for the Sn-free alloy. The enhancement in GFA and thermal stability after the partial replacement of Cu by Sn may be contributed to the strong atomic bonding nature between Ti and Sn and the increasing of atomic packing density. The amorphous Ti41.5Zr2.5Hf5Cu37.5Ni7.5Si1Sn5 alloy also possesses superior mechanical properties.

 

 

全文见附件

 

A new Ti–Zr–Hf–Cu–Ni–Si–Sn bulk amorphous alloy with high glass-forming ability

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