第33卷第6期 2014年6月
中国材料进展 MATERIALSCHINA
超高强钴基块体非晶合金的组成设计
王菊，李然，张涛（北京航空航天大学，北京100191）
Vol.33No. 6 Jun.2014
摘要：块体非品合金是一类具有高强度、高硬度和大弹性极限的无序金属材料，其优异的力学性能是目前先进金属材料领域研究热点之一，如何提高材料的强度是材料研究领域永恒的主题。系统地总结了已知具有超高强度的一类块体非晶合金材料一钻基块体非晶合金的成分、热学稳定性及力学性能；同时研究了不同非品合金的断裂强度与其弹性常数、硬度和特征温度的关联。研究结果表明：在非晶合金体系中杨氏模量、维氏硬度、玻璃转变温度与断裂强度之间都存在较好的线性变化关系。基于以上结果，本课题组提出了超高强钻基块体非晶合金的组成设计方法，即选取其有
强共价键特性的非金属元素和高模量、高熔点过渡金属元素与钻元索进行组合。关键调：结基块体非品合金；力学性能；杨氏模量；维氏硬度；玻璃转变温度
李
然
中图分类号：TC139.8
文献标识码：A
文章编号：16743962(2014)06036104
AlloyDesignofUltrahighStrengthCo-Based
Bulk Metallic Glasses WANG Ju, LI Ran, ZHANG Tao(Beihang University, Beijing 100191, China)
AbstraCt: Bulk metallic glasses ( BMGs) are a kind of disorder metal materials with high strength, high hardness and large elastic limit. The development of these materials is one of the most attractive topics for advanced metal materials. How to improve the strength of materials is an etemal topic for material scientists, In this paper, we summarized alloy compositions, thermal stability and mechanical properties of typical Co-based BMGs as the best candidates to design ultra-high strength BMGs due to their excellent mechanical properties., Possible relationships between the mechanical properties and other physical parameters, like elastic moduli, hardness and characteristic temperature in various kinds of BMG sys-tems are investigated. The Young' s modulus, the Vickers hardness or the glass transition temperature shows a linear de-pendence on the fracture strength. According to the above results, the design method of element constitution for the ultra-strong Co-based BMGs was presented, The metalloid element( s) with the characteristics of strong covalent bond and the transition metal element( s) with high elastic moduli and high melting temperature should be adopted to be great beneficial for the development of ultrahigh strength Co-based BMGs.
Key wOrds : Co-based bulk metallic glasses; mechanical properties; Young' s modulus; Vickers hardness; glass transi-tion temperature
1前言
非晶合金是一类原子结构具有长程无序、短程有序和短程无序的先进金属材料。该类材料最旱是在20世收稿日期：20140124
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51071008）；北京市自然
科学基金资助项目（2122036）
第一作者：王菊，女，1989年生，硕士研究生
通讯作者：李然，男，1979年生，副教授，硕士生导师，
Email; liran@ buaa, edu. en
DOI; 10. 7502/j. issn. 1674 3962. 2014. 06. 07
纪30年代末，被Kramer)首次用沉积方法制备出了非品态金属薄膜，然而该研究结果在当时并未引起人们的足够重视。直到20世纪60年代，美国加州理工学院的 Duwez(2]等人利用“SplatQuenching"的快速凝固技术将 Au-Si的液态金属直接凝固冻结形成非晶合金薄片，开创了新型制备非晶合金的工艺和研究方法，从而使得非晶合金得到了长足发展。到20世纪80年代后期，日本东北大学的井上和张涛3等人又发展了非晶合金的铜模铸造技术，并在多组元合金中发现了具有高玻璃形成能力的非晶合金成分（即块体非晶合金），该结果促使一系列具有高形成能力的块体非晶合金体系得以发现，进而使