新型铜基块体非晶合金与凝固相选择研究

集成本项目涉及的二方面构建合金非晶形成能力和成分预测方法：（1）相图计算得到Cu基多元合金在不同凝固温度下的凝固类型及对应的液相成分；（2）合金混合热、配置熵和空位形成能计算得到液相/非晶相的稳定程度。弥补单一方法的不确定性和成分选择范围过宽的不足，实现Cu基多元非晶合金的成分设计。制备铜含量大于50at.%的新型富铜基块体非晶合金。针对微晶相对非晶基材料性能的调节作用，综合新型合金的非晶形成能力和非平衡凝固过程中的相选择特征，揭示非晶相/晶相竞争生长规律，有效控制内生晶体的形态、尺度、数量和分布，形成自合金熔体直接析出内生晶相的非晶基复合材料。通过改变合金成分和凝固条件，调控材料内生晶相均匀复合和梯度复合的微观组织结构，使其具有高强度、高塑性和耐腐蚀的综合性能，建立新的Cu基非晶合金系和微结构可控的凝固技术。

用相图计算预测铜基三元合金于不同温度的凝固类型及相组成，并通过揭示过冷液相的吉布斯自由能和非晶相的空位形成能对非晶形成能力的影响规律，集成混合热、配置熵及空位形成能参数预测非晶合金成分，二者互补，清除了相图计算时热力学参数不完整或不准确带来的非晶合金成分预测不确定性，实现了Cu基块体非晶合金的非晶形成能力预测与成分设计。在此基础上，制备出具有较高非晶形成能力的新型富Cu基（Cu>50 at.%）Cu-Zr-M(RE)和Cu-Zr-M-M(RE)系（M表示金属，RE表示稀土元素）块体非晶合金。揭示了多元铜基块体合金的晶相析出行为与凝固相选择规律，以及微合金化对晶相析出的影响，制备出铜基块体非晶基内生复合材料，并实现了析出晶相形态、尺度等微观结构的调控。研究了制得的铜基块体非晶合金及复合材料的力学性能与腐蚀性能，获得的材料具有优异的强度、塑性和耐腐蚀性，在压缩强度高达1820 MPa时塑性变形量可达7%，合金的腐蚀电位高达0.32 V并具有较低的腐蚀电流密度（0.56×10-6 A/cm2）。本项目的完成，对揭示非晶合金的形成机理，发展新型高性能Cu基非晶块体合金及其复合材料，拓宽其应用范围，有着重要的意义。