材料科学与工艺
责编 晓 丹
校对 易 兵
图片来源：非晶中国大数据库随着压铸成型工艺和非晶合金成分设计理论的快速进步，具有优异力学性能、抗腐蚀与磨损性的Zr基块体非晶合金（BMGs）被大量报道，临界铸造尺寸已迈入厘米级水平。此外，非晶合金在过冷液相区具有良好的塑性加工性能，一次压铸成型有效避免增材制造和切割加工中氧化、结晶等工艺缺点。尽管如此，块体非晶构件的压铸成型难题仍亟待解决。深圳大学材料学院曾燮榕等选取玻璃形成能力突出的Zr基非晶合金成分，采用铜模压力喷铸法制备块体非晶合金；探究熔体温度和铸造压力等工艺参数对非晶合金GFA和压铸成型性能的影响，建立二者间的工艺联系；最终，探讨化学成分对非晶合金压铸成型性能的影响机理。相关研究成果于20X9月23日在《材料科学与工艺》中网络首发。研究人员分析了熔体温度、铸造压力和化学成分对非晶合金玻璃形成能力（GFA）与压铸成型性能的影响，并探究两种性能的工艺关联。研究发现：熔体温度变化引起的熔体成分、原子团簇结构和实际冷却速率等因素改变，是造成非晶合金GFA规律性演变的主要原因。Zr55Cu30Ni5Al10合金中较大的原子尺寸差和负混合焓使其形成8mm的块体非晶合金材料，但高温过热后易生成高温相，诱发过冷液结晶形核，非晶合金的临界尺寸骤减（图1）；Zr52.5Cu25Ni9.5Ti6Al7过冷液中密实的原子聚集和复杂的拓扑短程序提高了合金的玻璃稳定性。小范围的铸造压力变化仅维持液态合金流动，对合金的GFA无明显影响。提高熔体温度和铸造压力可通过细化熔体团簇，减小原子粘滞力和增大射流速度等途径使非晶合金的压铸成型能力呈直线性增长。在压铸成型精密结构件时，需优化工艺参数以平衡非晶合金GFA与压铸成型性能，减小二者间的限制作用（图2）。过冷液体的粘滞效应同时影响着合金的玻璃化转变与压铸成型能力。在具较强玻璃形成能力的熔体温度范围内，过冷液体的流动粘滞系数始终很大，不利于快速压铸成形；只有当温度升高合金的GFA严重减弱时，过冷液粘度骤减，原子间粘滞与摩擦减少，合金压铸成型性能才得到改善（图3）；化学成分所引起的过冷液粘度和熔液结构差异，会导致合金不同的压铸成型效果（图4）。该项工作得到了深圳市科技计划、东莞市引进创新科技团队项目的支持。
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