Aplikace prvků vzácných zemin Y, Gd a Sc
v amorfních slitinách na bázi mědi a zirkonia
Díky jedinečným magnetickým a elektrickým vlastnostem prvků vzácných zemin a jejich sloučenin mají prvky vzácných zemin širokou škálu aplikací v amorfních slitinách. Amorfní slitiny na bázi mědi a zirkonia v amorfních slitinách mají dobré vlastnosti vysoké pevnosti a tvrdosti. Podle nedávného výzkumu může přidání vhodného množství prvků vzácných zemin výrazně zlepšit schopnost tvarování skla a tepelnou stabilitu amorfních slitin a může také snížit výrobní náklady. Proto, jak zajistit, aby prvky vzácných zemin hrály větší roli v mědi na bázi zirkonu amorfní slitiny se staly aktuálním centrem výzkumu.
1. Fyzikální a chemické vlastnosti prvků vzácných zemin
(1) Prvky vzácných zemin mají silnou chemickou aktivitu a mohou reagovat s nečistotami, jako je kyslík a síra ve slitinách, za vzniku stabilních sloučenin, které hrají roli čištění.
(2) Prvky vzácných zemin mohou zvýšit poměr velikosti atomů a energii rozhraní pevná látka-kapalina slitin, a tím zvýšit odolnost vůči krystalizaci a zlepšit schopnost slitin tvořit sklo.
(3) Přidání prvků vzácných zemin může zlepšit strukturu slitiny.
2. Aplikace prvku vzácných zemin Y v amorfních slitinách na bázi mědi a zirkonia
Zr a Cu mají afinitu ke kyslíku, zatímco prvek vzácných zemin Y má silnější afinitu ke kyslíku ve srovnání s Cu a Zr. Entalpie tvorby oxidu Y je asi 1903,6 kJ/mol, zatímco entalpie tvorby oxidu Cu a Zr je asi 157,3 kJ/mol a 1102,3 kJ/mol. Entalpie tvorby oxidu Y je větší než entalpie oxidu Cu a Zr, takže prvek vzácných zemin Y pravděpodobněji reaguje s kyslíkem. Y může účinně eliminovat kyslík v experimentálním procesu a matrici slitiny a oxid Y na povrchu kovové taveniny neovlivňuje matricovou slitinu, což může čistit slitinu a snížit nepříznivý účinek heteropřechodu na schopnost tvoření skla. jádro. Proto prvek vzácných zemin Y může zlepšit amorfní tvarovací schopnost slitiny. Přidání prvku vzácných zemin Y má také účinek na zlepšení organizační struktury, zlepšení mechanických vlastností a zvýšení odolnosti proti korozi.
Existuje mnoho studií o vlivu přidání prvku vzácných zemin Y do systémů amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia na schopnost vytvářet amorfní a mechanické vlastnosti. Shan Shengfeng a kol. zjistili, že když je obsah prvku vzácných zemin Y 1.0 % (atomový podíl), slitina je amorfní; Když je obsah prvku Y 1,5 % (atomová frakce), vyvolá se nanokrystalizace a pevnost slitiny v tlaku dosáhne 1990 MPa; Po přidání Y se počet smykových pásů na lomové ploše slitiny zvyšuje a prokládání smykových pásů brání nerovnoměrné deformaci, čímž se zlepšuje plasticita a pevnost slitiny. Sun Bo zjistil, že přidání prvku vzácných zemin Y nejprve zvýšilo a poté snížilo jeho schopnost amorfní tvorby. Vhodné množství přídavku Y může zlepšit schopnost amorfní tvorby slitinového systému Cu47Zr47Al6.
2. Vliv prvku vzácných zemin Gd na vlastnosti amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia
Přidání vhodného množství prvku vzácných zemin Gd do amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia může zvýšit interakci mezi malými a velkými atomy, což zvyšuje atomovou vzdálenost amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia, mění jejich uspořádanou oblast krátkého dosahu a uspořádání atomů, zvyšuje atomová hustota ve slitině a ztěžuje dalekosáhlou difúzi. Růst zrn ve slitině během krystalizace je řízen difúzí v trojrozměrném růstu. Proto má přidání prvků vzácných zemin významný dopad na tepelnou stabilitu, schopnost tvořit sklo a strukturu atomového uspořádání amorfních slitin a může také změnit mikrotvrdost amorfních slitin.
Existuje také mnoho studií o vlivu přidání prvku vzácných zemin Gd do systémů amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia na schopnost tvarování skla a mechanické vlastnosti. Jak Sun Yajuan a kol. Bylo zjištěno, že přidání vhodného množství prvku vzácných zemin Gd do slitiny Zr50.7Cu28Ni9Al12.3 může mít deoxygenační účinek, mírně zvětšit velikost amorfního materiálu a zvýšit stabilitu podchlazené taveniny, snížit rozdíl ve volné energii, čímž se zlepší schopnost amorfní slitiny tvořit sklo. Liang Shunxing a kol. analyzovali vliv prvku vzácných zemin Gd na strukturální změny, formovací schopnost a tepelnou stabilitu amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia. Výsledky ukázaly, že přidání Gd zvýšilo průměrnou atomovou vzdálenost amorfní slitiny a změnilo její atomové uspořádání. Zhang Yongzhang zjistil, že mikrotvrdost slitinových vzorků se mění s přidáním a obsahem prvků vzácných zemin. Když se přidá kov vzácných zemin Gd, mikrotvrdost vzorků amorfní slitiny je větší a změna množství přidaného kovu vzácných zemin Gd má malý vliv na mikrotvrdost slitiny.
3. Aplikace prvku vzácných zemin Sc v amorfních slitinách na bázi mědi a zirkonia
V tavenině slitiny existuje kyslík ve formě nukleačního jádra nebo klastrů ZrO2. Po přidání prvku vzácných zemin Sc do amorfních slitin bude kyslík existovat ve stabilnější formě Sc2O3 a Sc2O3 se nestane jádrem heterogenní nukleace v amorfních slitinách. Přidáním prvku vzácných zemin Sc se zlepší stabilita amorfních slitin v oblasti podchlazené kapalné fáze a sníží se možnost jejich přeměny na krystaly. Proto je zlepšena schopnost amorfních slitin tvořit sklo. Navíc přidání vhodného množství prvku vzácných zemin Sc může významně zvýšit maximální velikost amorfního formování amorfních slitin, ale sníží jejich odolnost proti korozi. Helin a kol. zjistili, že prvek vzácných zemin Sc může zvýšit maximální velikost amorfního formování slitiny Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5, ale jeho dopad na jeho tepelnou stabilitu je relativně malý. A také bylo zjištěno, že přidání Sc může snížit krystalizační aktivační energii slitiny, ale zvýšit časovou konstantu inkubační doby krystalizace a snížit faktor frekvence krystalizace. Kombinovaný účinek těchto dvou faktorů prodlužuje inkubační dobu krystalizace slitiny, zvyšuje tendenci k podchlazení a zlepšuje schopnost amorfní tvorby. Li Yang a kol. ve svém výzkumu zjistili, že přidání prvku vzácných zemin Sc může změnit fázovou strukturu a mikrostrukturu amorfní slitiny Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 v amorfní krystalické přechodové zóně, což výrazně zlepšuje její schopnost tvořit sklo.
4. Závěr
Všechny prvky vzácných zemin Y, Gd a Sc mají silnou afinitu ke kyslíku a mohou čistit taveninu slitiny, snižovat nepříznivé účinky heterogenní nukleace a zlepšovat její tepelnou stabilitu. Proto mohou zlepšit schopnost amorfní tvorby amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia. Přidání prvku vzácných zemin Gd může zlepšit mikrotvrdost amorfních slitin, ale změna množství přidaného Gd má malý vliv na mikrotvrdost. Navíc přidání prvku vzácných zemin Y může mírně snížit mikrotvrdost amorfních slitin. Přidání prvku vzácných zemin Sc může vést ke snížení odolnosti proti korozi amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia, zatímco přidání prvku vzácných zemin Y může zvýšit odolnost proti korozi amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia. Rozumný výběr a kombinace prvků vzácných zemin může lépe zlepšit vlastnosti amorfních slitin na bázi mědi a zirkonia.