Aplicarea elementelor pământurilor rare Y, Gd și Sc
în aliaje amorfe pe bază de cupru zirconiu
Datorită proprietăților magnetice și electrice unice ale elementelor pământurilor rare și ale compușilor acestora, elementele pământurilor rare au o gamă largă de aplicații în aliajele amorfe. Aliajele amorfe pe bază de cupru zirconiu din aliajele amorfe au proprietăți bune de rezistență și duritate ridicate. Conform cercetărilor recente, adăugarea unei cantități adecvate de elemente din pământuri rare poate îmbunătăți semnificativ capacitatea de formare a sticlei și stabilitatea termică a aliajelor amorfe și poate reduce, de asemenea, costurile de producție. Prin urmare, cum să faceți elementele pământurilor rare să joace un rol mai mare în cupru zirconiu. aliajele amorfe a devenit un punct fierbinte de cercetare actual.
1. Proprietățile fizice și chimice ale elementelor pământurilor rare
(1) Elementele pământurilor rare au activitate chimică puternică și pot reacționa cu impurități precum oxigenul și sulful din aliaje pentru a forma compuși stabili, jucând un rol de purificare.
(2) Elementele de pământ rare pot crește raportul de dimensiune atomică și energia interfeței solid-lichid a aliajelor, crescând astfel rezistența la cristalizare și îmbunătățind capacitatea de formare a sticlei a aliajelor.
(3) Adăugarea de elemente de pământuri rare poate rafina structura aliajului.
2. Aplicarea elementului de pământ rare Y în aliaje amorfe pe bază de cupru zirconiu
Zr și Cu au afinitate pentru oxigen, în timp ce elementul de pământ rar Y are o afinitate mai puternică pentru oxigen în comparație cu Cu și Zr. Entalpia de formare a oxidului de Y este de aproximativ 1903,6 kJ/mol, în timp ce entalpia de formare a oxidului de Cu și Zr este de aproximativ 157,3 kJ/mol și 1102,3 kJ/mol. Entalpia de formare a oxidului de Y este mai mare decât cea a oxidului de Cu și Zr, astfel încât elementul de pământ rar Y este mai probabil să reacționeze cu oxigenul. Y poate elimina eficient oxigenul în procesul experimental și în matricea de aliaj, iar oxidul de Y de pe suprafața topiturii metalului nu afectează aliajul de matrice, ceea ce poate purifica aliajul și poate reduce efectul negativ al heterojoncției asupra capacității de formare a sticlei. nucleul. Prin urmare, elementul pământ rar Y poate îmbunătăți capacitatea de formare amorfă a aliajului. Adăugarea elementului de pământ rare Y are, de asemenea, efectul de a îmbunătăți structura organizatorică, de a îmbunătăți proprietățile mecanice și de a crește rezistența la coroziune.
Există multe studii privind efectul adăugării elementului de pământ rar Y la sistemele de aliaje amorfe pe bază de cupru zirconiu asupra capacității de a forma proprietăți amorfe și mecanice. Shan Shengfeng și colab. a constatat că atunci când conținutul de element de pământ rar Y este de 1,0% (fracție atomică), aliajul este amorf; Când conținutul de element Y este de 1,5% (fracție atomică), este indusă nanocristalizarea, iar rezistența la compresiune a aliajului ajunge la 1990MPa; După adăugarea lui Y, numărul benzilor de forfecare la suprafața de rupere a aliajului crește, iar împletirea benzilor de forfecare împiedică deformarea neuniformă, îmbunătățind plasticitatea și rezistența aliajului. Sun Bo a descoperit că adăugarea elementului de pământ rar Y a crescut mai întâi și apoi a scăzut capacitatea sa de formare amorfă. Cantitatea adecvată de adăugare de Y poate îmbunătăți capacitatea de formare amorfă a sistemului de aliaje Cu47Zr47Al6.
2. Efectul elementului de pământ rar Gd asupra proprietăților aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu
Adăugarea unei cantități adecvate de element de pământ rar Gd la aliajele amorfe pe bază de cupru zirconiu poate crește interacțiunea dintre atomi mici și mari, ceea ce crește distanța atomică a aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu, modifică regiunea ordonată și aranjamentul atomic al acestora, crește densitatea atomică în aliaj și face dificilă difuzia pe distanță lungă. Creșterea granulelor din aliaj în timpul cristalizării este controlată prin difuzie în creșterea tridimensională. Prin urmare, adăugarea de elemente de pământuri rare are un impact semnificativ asupra stabilității termice, capacității de formare a sticlei și structurii de aranjare atomică a aliajelor amorfe și poate modifica, de asemenea, microduritatea aliajelor amorfe.
Există, de asemenea, multe studii privind efectul adăugării elementului de pământ rar Gd la sistemele de aliaje amorfe pe bază de cupru zirconiu asupra capacității de formare a sticlei și proprietăților mecanice. După cum Sun Yajuan și colab. găsit, adăugarea unei cantități adecvate de element de pământ rar Gd la aliajul Zr50.7Cu28Ni9Al12.3 poate avea un efect de deoxigenare, crescând ușor dimensiunea amorfului și crescând stabilitatea topiturii subrăcite, reducând diferența de energie liberă, îmbunătățind astfel capacitatea de formare a sticlei a aliajului amorf. Liang Shunxing și colab. a analizat efectul elementului de pământ rar Gd asupra modificărilor structurale, capacității de formare și stabilității termice a aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu. Rezultatele au arătat că adăugarea de Gd a crescut distanța atomică medie a aliajului amorf și a schimbat aranjamentul atomic al acestuia. Zhang Yongzhang a constatat că microduritatea probelor de aliaj se modifică odată cu adăugarea și conținutul de elemente de pământuri rare. Când se adaugă metalul din pământuri rare Gd, microduritatea probelor de aliaj amorf este mai mare, iar modificarea cantității de metal pământuri rare adăugate are un efect redus asupra microdurității aliajului.
3. Aplicarea elementului de pământ rare Sc în aliaje amorfe pe bază de cupru zirconiu
În topitura aliajului, oxigenul există sub formă de miez sau clustere de nucleare ZrO2. După adăugarea elementului de pământ rar Sc la aliajele amorfe, oxigenul va exista într-o formă mai stabilă de Sc2O3, iar Sc2O3 nu va deveni nucleul nucleării eterogene în aliajele amorfe. Prin adăugarea elementului de pământuri rare Sc, stabilitatea aliajelor amorfe în regiunea fazei lichide suprarăcite este îmbunătățită, iar posibilitatea transformării lor în cristale este redusă. Prin urmare, capacitatea de formare a sticlei a aliajelor amorfe este îmbunătățită. Mai mult, adăugarea unei cantități adecvate de element de pământ rar Sc poate crește semnificativ dimensiunea maximă a formării amorfe a aliajelor amorfe, dar va reduce rezistența lor la coroziune. Helin și colab. a constatat că elementul pământ rar Sc poate crește dimensiunea maximă a formării amorfe a aliajului Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5, dar impactul său asupra stabilității sale termice este relativ mic. Și sa constatat, de asemenea, că adăugarea de Sc poate reduce energia de activare a cristalizării aliajului, dar crește constanta de timp a perioadei de incubare a cristalizării și reduce factorul de frecvență de cristalizare. Efectul combinat al acestor doi factori prelungește perioada de incubare a cristalizării aliajului, crește tendința de subrăcire și îmbunătățește capacitatea de formare a amorfului. Li Yang și colab. au descoperit în cercetările lor că adăugarea elementului de pământ rar Sc poate schimba structura de fază și microstructura aliajului amorf Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 în zona de tranziție cristalină amorfă, îmbunătățind semnificativ capacitatea de formare a sticlei.
4. Concluzie
Elementele pământurilor rare Y, Gd și Sc au toate o afinitate puternică pentru oxigen și pot purifica topitura aliajului, pot reduce efectele adverse ale nucleării eterogene și pot îmbunătăți stabilitatea termică a acestuia. Prin urmare, ele pot îmbunătăți capacitatea de formare amorfă a aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu. Adăugarea elementului de pământuri rare Gd poate îmbunătăți microduritatea aliajelor amorfe, dar modificarea cantității de Gd adăugată are un efect redus asupra microdurității. Mai mult, adăugarea elementului de pământ rare Y poate reduce ușor microduritatea aliajelor amorfe. Adăugarea elementului de pământ rare Sc poate duce la o scădere a rezistenței la coroziune a aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu, în timp ce adăugarea de element de pământ rare Y poate crește rezistența la coroziune a aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu. O selecție rezonabilă și o combinație de elemente de pământ rare pot îmbunătăți mai bine performanța aliajelor amorfe pe bază de cupru zirconiu.