Cymhwyso elfennau daear prin Y, Gd, ac Sc
mewn aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr
Oherwydd priodweddau magnetig a thrydanol unigryw elfennau daear prin a'u cyfansoddion, mae gan elfennau daear prin ystod eang o gymwysiadau mewn aloion amorffaidd. Mae gan aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr mewn aloion amorffaidd briodweddau cryfder uchel a chaledwch da. Yn ôl ymchwil ddiweddar, gall ychwanegu swm priodol o elfennau daear prin wella'n sylweddol allu ffurfio gwydr a sefydlogrwydd thermol aloion amorffaidd, a gall hefyd leihau costau cynhyrchu, Felly, sut i wneud elfennau daear prin yn chwarae rhan fwy mewn zirconiwm copr. mae aloion amorffaidd wedi dod yn fan cychwyn ymchwil cyfredol.
1. Priodweddau ffisegol a chemegol elfennau daear prin
(1) Mae gan elfennau prin y ddaear weithgaredd cemegol cryf a gallant adweithio ag amhureddau fel ocsigen a sylffwr mewn aloion i ffurfio cyfansoddion sefydlog, gan chwarae rôl puro.
(2) Gall elfennau prin y ddaear gynyddu'r gymhareb maint atomig ac egni rhyngwyneb solid-hylif aloion, gan gynyddu'r ymwrthedd i grisialu a gwella gallu aloion i ffurfio gwydr.
(3) Gall ychwanegu elfennau daear prin fireinio'r strwythur aloi.
2. Cymhwyso elfen ddaear prin Y mewn aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr
Mae gan Zr a Cu affinedd ocsigen, tra bod gan elfen daear prin Y gysylltiad ocsigen cryfach o'i gymharu â Cu a Zr. Mae enthalpi ffurfiad ocsid Y tua 1903.6 kJ/mol, tra bod enthalpi ffurfiant ocsid Cu a Zr tua 157.3 kJ/mol a 1102.3 kJ/mol. Mae enthalpi ffurfiad ocsid Y yn fwy nag ocsid Cu a Zr, felly mae elfen prin y ddaear Y yn fwy tebygol o adweithio ag ocsigen. Gall Y ddileu ocsigen yn effeithiol yn y broses arbrofol a matrics aloi, ac nid yw ocsid Y ar wyneb y toddi metel yn effeithio ar yr aloi matrics, a all buro'r aloi a lleihau effaith andwyol heterojunction ar allu ffurfio gwydr. y cnewyllyn. Felly, gall yr elfen ddaear prin Y wella gallu ffurfio amorffaidd yr aloi. Mae ychwanegu elfen daear prin Y hefyd yn cael yr effaith o wella strwythur sefydliadol, gwella priodweddau mecanyddol, a gwella ymwrthedd cyrydiad.
Mae yna lawer o astudiaethau ar effaith ychwanegu elfen daear prin Y i systemau aloi amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr ar y gallu i ffurfio eiddo amorffaidd a mecanyddol. Mae Shan Shengfeng et al. Wedi canfod, pan fo cynnwys elfen daear prin Y yn 1.0% (ffracsiwn atomig), mae'r aloi yn amorffaidd; Pan fo cynnwys elfen Y yn 1.5% (ffracsiwn atomig), mae nanocrystallization yn cael ei ysgogi, ac mae cryfder cywasgol yr aloi yn cyrraedd 1990MPa; Ar ôl ychwanegu Y, mae nifer y bandiau cneifio ar wyneb torri asgwrn yr aloi yn cynyddu, ac mae cydblethu bandiau cneifio yn rhwystro anffurfiad anwastad, gan wella plastigrwydd a chryfder yr aloi. Canfu Sun Bo fod ychwanegu elfen ddaear prin Y yn cynyddu yn gyntaf ac yna'n lleihau ei allu ffurfio amorffaidd. Gall y swm priodol o ychwanegiad Y wella gallu ffurfio amorffaidd system aloi Cu47Zr47Al6.
2. Effaith elfen ddaear prin Gd ar briodweddau aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr
Gall ychwanegu swm priodol o elfen daear prin Gd at aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr gynyddu'r rhyngweithio rhwng atomau bach a mawr, sy'n cynyddu'r bylchau atomig rhwng aloion amorffaidd copr sy'n seiliedig ar zirconiwm, yn newid eu rhanbarth archebedig amrediad byr a threfniant atomig, yn cynyddu'r dwysedd atomig yn yr aloi, ac yn gwneud trylediad ystod hir yn anodd. Mae twf grawn yn yr aloi yn ystod crisialu yn cael ei reoli gan drylediad mewn twf tri dimensiwn. Felly, mae ychwanegu elfennau daear prin yn cael effaith sylweddol ar sefydlogrwydd thermol, gallu ffurfio gwydr, a strwythur trefniant atomig aloion amorffaidd, a gall hefyd newid microhardness aloion amorffaidd.
Mae yna hefyd lawer o astudiaethau ar effaith ychwanegu elfen ddaear prin Gd at systemau aloi amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr ar allu ffurfio gwydr a phriodweddau mecanyddol. Fel y mae Sun Yajuan et al. dod o hyd, gall ychwanegu swm addas o elfen daear prin Gd i aloi Zr50.7Cu28Ni9Al12.3 gael effaith deoxygenation, ychydig yn cynyddu maint y amorffaidd a chynyddu sefydlogrwydd y toddi undercooled, gan leihau'r gwahaniaeth mewn ynni am ddim, a thrwy hynny wella'r gallu ffurfio gwydr yr aloi amorffaidd. Mae Liang Shunxing et al. dadansoddi effaith elfen ddaear prin Gd ar y newidiadau strwythurol, gallu ffurfio, a sefydlogrwydd thermol aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr. Dangosodd y canlyniadau fod ychwanegu Gd yn cynyddu gofod atomig cyfartalog yr aloi amorffaidd a newidiodd ei drefniant atomig. Canfu Zhang Yongzhang fod microhardness samplau aloi yn newid gydag ychwanegu a chynnwys elfennau daear prin. Pan ychwanegir metel daear prin Gd, mae microhardness samplau aloi amorffaidd yn fwy, ac nid yw'r newid yn y swm o fetel daear prin a ychwanegir Gd yn cael fawr o effaith ar ficro-galedwch yr aloi.
3. Cymhwyso elfen ddaear prin Sc mewn aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr
Yn y toddi aloi, mae ocsigen yn bodoli ar ffurf craidd cnewyllol ZrO2 neu glystyrau. Ar ôl ychwanegu elfen ddaear prin Sc i aloion amorffaidd, bydd ocsigen yn bodoli mewn ffurf fwy sefydlog o Sc2O3, ac ni fydd Sc2O3 yn dod yn graidd cnewyllyn heterogenaidd mewn aloion amorffaidd. Trwy ychwanegu elfen ddaear prin Sc, mae sefydlogrwydd aloion amorffaidd yn y rhanbarth cyfnod hylif supercooled yn cael ei wella, ac mae'r posibilrwydd o'u trawsnewid yn grisialau yn cael ei leihau. Felly, mae gallu ffurfio gwydr aloion amorffaidd yn cael ei wella. Ar ben hynny, gall ychwanegu swm priodol o elfen daear prin Sc gynyddu'n sylweddol uchafswm maint ffurfio amorffaidd aloion amorffaidd, ond bydd yn lleihau eu gwrthiant cyrydiad. Roedd Helin et al. Canfuwyd y gall yr elfen ddaear prin Sc gynyddu maint ffurfio amorffaidd uchaf aloi Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5, ond mae ei effaith ar ei sefydlogrwydd thermol yn gymharol fach. A chanfuwyd hefyd y gall ychwanegu Sc leihau egni actifadu crystallization yr aloi, ond cynyddu'r cyfnod deori crystallization cyson amser a lleihau'r ffactor amlder crystallization. Mae effaith gyfunol y ddau ffactor hyn yn ymestyn cyfnod deori crisialu'r aloi, yn cynyddu'r duedd i dan-oeri, ac yn gwella'r gallu i ffurfio amorffaidd. Roedd Li Yang et al. canfuwyd yn eu hymchwil y gall ychwanegu elfen ddaear prin Sc newid strwythur cyfnod a microstrwythur aloi amorffaidd Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 yn y parth pontio crisialog amorffaidd, gan wella'n sylweddol ei allu i ffurfio gwydr.
4. Casgliad
Mae gan elfennau prin y ddaear Y, Gd, a Sc i gyd affinedd ocsigen cryf a gallant buro'r toddi aloi, lleihau effeithiau andwyol cnewyllyn heterogenaidd, a gwella ei sefydlogrwydd thermol. Felly, gallant wella gallu ffurfio amorffaidd aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr. Gall ychwanegu elfen ddaear prin Gd wella microhardness aloion amorffaidd, ond nid yw'r newid yn y swm o Gd a ychwanegir yn cael fawr o effaith ar y microhardness. Ar ben hynny, gall ychwanegu elfen rare earth Y leihau microhardness aloion amorffaidd ychydig. Gall ychwanegu elfen ddaear prin Sc arwain at ostyngiad yn ymwrthedd cyrydiad aloion amorffaidd copr sy'n seiliedig ar zirconiwm, tra gall ychwanegu elfen ddaear brin Y wella ymwrthedd cyrydiad aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr. Gall detholiad a chyfuniad rhesymol o elfennau daear prin wella perfformiad aloion amorffaidd sy'n seiliedig ar zirconiwm copr yn well.