工业原料制备Cu基块体金属玻璃与杂质元素的作用

The simple synthesis techniques and economical raw materials are considered as the key factors to promote the popularization and commercialization in the application and production of bulk metallic glasses (BMGs). In this proposal, with the understanding of the effects of impurities of industrial raw materials on the glass-forming ability and plasticity of BMGs, the aim is to fully utilize the positive effect and effectively reduce the negative effect between impurities and the fundamental issues, and to prepare Cu-based BMGs. Based on exploring the quantity of impurities and disclosing the composition and microstructure features of high-glass-forming-ability and plastic BMGs, the project will establish a new perspective in the impurity effect on the formation and plasticity of BMGs, assess the compositional range of impurities, clarify the practicability & the key technique, and, on this basis, facilitate the promotion of the preparation of Cu-based BMGs utilizing industrial raw materials. The project will be favorable to the synthesis of CuTi-rich Cu-based BMGs, and the results from this project will promote the understanding the formation and application of BMGs.

简单的制备技术与廉价的使用原料成为了推动块体金属玻璃广泛推广和规模应用的必要条件。本项目拟用工业原料制备Cu基块体金属玻璃，系统分析工业原料中杂质元素的类别、含量与存在形式对玻璃形成能力和塑性的影响，充分利用杂质元素对玻璃形成能力与塑性的正面效应，有效改善杂质元素在其中导致的负面影响。探明工业原料制备Cu基块体金属玻璃的杂质允许范围，明确高玻璃形成能力兼顾显著塑性的Cu基块体金属玻璃的成分与结构特征，揭示工业原料制备Cu基块体金属玻璃的可行性并获得关键技术，为其广泛推广和工业生产提供可靠的理论支撑及技术指导。本项目的实施可获得低锆富铜钛兼顾高玻璃形成能力与显著塑性的低成本Cu基块体金属玻璃，并对揭示块体金属玻璃的形成与关键制备技术具有重要的学术意义以及突出的新颖性和必要性。

简单的制备技术与廉价的使用原料成为了推动块体金属玻璃广泛推广和规模应用的必要条件。本项目基于合金化理论，通过分析工业原料中常见杂质元素对铜基块体金属玻璃形成能力的作用规律以及与合金性能的关联机制，尝试探明杂质元素在铜基块体金属玻璃制备过程中扮演的角色。以二元CuTi金属玻璃薄膜为研究对象，揭示成分变化与结构弛豫的关系，探明了Ti含量相对较高的Cu42Ti58金属玻璃薄膜具有更为松弛的结构状态，这为富铜钛兼顾塑韧性的铜基块体金属玻璃制备提供了成分的调控规律；以“多元”合金元素的思路厘清多种杂质元素同时存在对玻璃形成能力及其变形机制的作用机制，分别研究了Y、Co、Mn元素对铜基块体金属玻璃的玻璃形成能力与过冷液相区内粘度的变化规律，得到了合理控制合金元素Mn的含量，可以实现对基体玻璃形成能力的提高。以Al、Ni、Si作为合金元素添加至铜基块体金属玻璃中，研究了合金元素对基体结晶动力学的影响，揭示了Al、Ni和Si合金元素的添加并未较大地影响到金属玻璃结晶过程中的形核和长大过程，但对该过程涉及的能量势垒变化影响较大。借助于难熔金属元素Nb添加Cu基金属玻璃中构建的具有不同尺寸析出相的复合材料，提出了基于Kelvin模型对应力-时间进行拟合分析锯齿流变行为方法，与现有方法具有较高的吻合性。研究Ta元素增强Cu基金属玻璃中，建立了金属玻璃的蠕变激活体积-蠕变应力-蠕变温度的关系图，揭示了蠕变激活能受控于金属玻璃的蠕变激活体积。本项目取得的部分成果可以有效地消弱低纯粗铜原料中杂质元素对于玻璃形成能力“恶化”的负面效应。本项目的实施并对揭示块体金属玻璃的形成与关键制备技术具有重要的学术意义以及突出的新颖性和必要性。