希土類元素Y、Gd、Scの応用
銅ジルコニウムベースのアモルファス合金
希土類元素とその化合物の独特の磁気的および電気的特性により、希土類元素はアモルファス合金に幅広い用途があります。 アモルファス合金中の銅ジルコニウムベースのアモルファス合金は、優れた高い強度と硬度の特性を備えています。 最近の研究によると、適切な量の希土類元素を添加すると、アモルファス合金のガラス形成能力と熱安定性が大幅に向上し、製造コストも削減できます。したがって、銅ジルコニウムベースで希土類元素をより大きな役割を果たすようにする方法は次のとおりです。アモルファス合金は現在の研究のホットスポットとなっています。
1. 希土類元素の物理的および化学的性質
(1) 希土類元素は化学活性が強く、合金中の酸素や硫黄などの不純物と反応して安定な化合物を形成し、浄化の役割を果たします。
(2) 希土類元素は、合金の原子サイズ比と固液界面エネルギーを増加させ、結晶化に対する抵抗を増加させ、合金のガラス形成能力を向上させることができます。
（３）希土類元素の添加により合金組織を微細化することができる。
2. 銅ジルコニウム基アモルファス合金への希土類元素 Y の応用
ＺｒとＣｕは酸素との親和性を有するが、希土類元素ＹはＣｕやＺｒと比較して酸素との親和性が強い。 Ｙの酸化物の生成エンタルピーは約１９０３．６ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、ＣｕおよびＺｒの酸化物の生成エンタルピーは約１５７．３ｋＪ／ｍｏｌおよび１１０２．３ｋＪ／ｍｏｌである。 Yの酸化物の生成エンタルピーはCuやZrの酸化物よりも大きいため、希土類元素Yは酸素と反応しやすい。 Yは、実験プロセスおよび合金マトリックス中の酸素を効果的に除去でき、金属溶融物の表面のYの酸化物はマトリックス合金に影響を与えないため、合金を浄化し、ガラス形成能力に対するヘテロ接合の悪影響を軽減できます。核。 したがって、希土類元素Ｙは合金の非晶質形成能を向上させることができる。 希土類元素 Y の添加は、組織構造を改善し、機械的性質を向上させ、耐食性を向上させる効果もあります。
希土類元素 Y を銅ジルコニウムベースのアモルファス合金系に添加することが、アモルファス形成能力と機械的特性に及ぼす影響については、多くの研究が行われています。 シャン・シェンフェンら。 希土類元素 Y の含有量が 1.0% (原子分率) の場合、合金は非晶質になることがわかりました。 Y元素の含有量が1.5％（原子分率）の場合、ナノ結晶化が誘起され、合金の圧縮強度は1990MPaに達します。 Y の添加後、合金の破面におけるせん断帯の数が増加し、せん断帯の絡み合いにより不均一な変形が妨げられ、合金の塑性と強度が向上します。 Sun Bo は、希土類元素 Y の添加が最初に増加し、その後そのアモルファス形成能力が減少することを発見しました。 適切な量の Y を添加すると、Cu47Zr47Al6 合金系の非晶質形成能力を向上させることができます。
2. 銅ジルコニウムベースのアモルファス合金の特性に対する希土類元素 Gd の影響
銅ジルコニウムベースのアモルファス合金に適切な量の希土類元素 Gd を添加すると、小さな原子と大きな原子の間の相互作用が増加し、銅ジルコニウムベースのアモルファス合金の原子間隔が増加し、その短距離秩序領域と原子配列が変化し、合金内の原子密度が低くなり、長距離の拡散が困難になります。 結晶化中の合金内の粒子の成長は、三次元成長における拡散によって制御されます。 したがって、希土類元素の添加は、アモルファス合金の熱安定性、ガラス形成能力、原子配列構造に大きな影響を与え、アモルファス合金の微小硬度も変化する可能性があります。
また、銅ジルコニウムベースのアモルファス合金系に希土類元素 Gd を添加することの、ガラス形成能力と機械的特性に及ぼす影響についても多くの研究が行われています。 Sun Yajuan らのように Zr50.7Cu28Ni9Al12.3合金に適量の希土類元素Gdを添加すると、脱酸素効果があり、アモルファスのサイズがわずかに増加し、過冷却された溶融物の安定性が向上し、自由エネルギーの差が減少し、その結果、アモルファス合金のガラス形成能力。 梁順興ら。 は、銅ジルコニウムベースのアモルファス合金の構造変化、形成能力、および熱安定性に対する希土類元素 Gd の影響を分析しました。 結果は、Gd の添加によりアモルファス合金の平均原子間隔が増加し、その原子配列が変化することを示しました。 Zhang Yongzhang は、合金サンプルの微小硬度が希土類元素の添加と含有量によって変化することを発見しました。 希土類金属 Gd を添加すると、アモルファス合金サンプルの微小硬度は大きくなり、希土類金属 Gd の添加量の変化は合金の微小硬度にほとんど影響を与えません。
3. 銅ジルコニウム基アモルファス合金における希土類元素 Sc の応用
合金溶融物中では、酸素は ZrO2 核生成コアまたはクラスターの形で存在します。 希土類元素 Sc をアモルファス合金に添加すると、酸素はより安定した Sc2O3 の形で存在し、Sc2O3 はアモルファス合金の不均一核生成の核にはなりません。 希土類元素 Sc を添加することにより、過冷却液相領域における非晶質合金の安定性が向上し、結晶に変態する可能性が減少します。 したがって、アモルファス合金のガラス形成能力が向上します。 さらに、適切な量の希土類元素 Sc を添加すると、アモルファス合金の最大アモルファス形成サイズを大幅に増加させることができますが、耐食性は低下します。 ヘリンら。 らは、希土類元素 Sc が Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 合金の最大アモルファス形成サイズを増加させる可能性があるが、その熱安定性への影響は比較的小さいことを発見しました。 また、Sc を添加すると合金の結晶化活性化エネルギーは低下しますが、結晶化インキュベーション期間の時定数が増加し、結晶化頻度係数が低下することもわかりました。 これら 2 つの要素の複合効果により、合金の結晶化のインキュベーション期間が延長され、過冷却の傾向が増大し、アモルファス形成能力が向上します。 リー・ヤンら。 彼らの研究では、希土類元素 Sc の添加により、Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 アモルファス合金のアモルファス結晶遷移領域の相構造と微細構造が変化し、そのガラス形成能力が大幅に向上することがわかりました。
4. 結論
希土類元素 Y、Gd、Sc はすべて強い酸素親和力を持ち、合金溶融物を浄化し、不均一核生成の悪影響を軽減し、熱安定性を向上させることができます。 したがって、銅ジルコニウムベースの非晶質合金の非晶質形成能力を向上させることができる。 希土類元素 Gd を添加するとアモルファス合金の微小硬度を向上させることができますが、Gd の添加量の変化は微小硬度にはほとんど影響しません。 さらに、希土類元素 Y の添加により、アモルファス合金の微小硬度がわずかに低下する可能性があります。 希土類元素 Sc の添加は銅ジルコニウムベースの非晶質合金の耐食性の低下につながる可能性がありますが、希土類元素 Y の添加は銅ジルコニウムベースの非晶質合金の耐食性を向上させることができます。 希土類元素の合理的な選択と組み合わせにより、銅ジルコニウムベースのアモルファス合金の性能をより向上させることができます。