희토류 원소 Y, Gd, Sc 적용
구리 지르코늄 기반 비정질 합금
희토류 원소와 그 화합물의 독특한 자기적, 전기적 특성으로 인해 희토류 원소는 비정질 합금에 폭넓게 응용됩니다. 비정질 합금의 구리 지르코늄 기반 비정질 합금은 우수한 고강도 및 경도 특성을 갖습니다. 최근 연구에 따르면 희토류 원소를 적당량 첨가하면 비정질 합금의 유리 형성 능력과 열 안정성이 크게 향상될 수 있고 생산 비용도 절감할 수 있습니다. 따라서 구리 지르코늄 기반에서 희토류 원소를 더 큰 역할을 하는 방법은 무엇입니까? 비정질 합금은 현재 연구의 핫스팟이 되었습니다.
1. 희토류 원소의 물리화학적 성질
(1) 희토류 원소는 화학적 활성이 강하고 합금 중의 산소, 황 등의 불순물과 반응하여 안정한 화합물을 형성하여 정화 역할을 할 수 있습니다.
(2) 희토류 원소는 합금의 원자 크기 비율과 고액 계면 에너지를 증가시켜 결정화에 대한 저항성을 높이고 합금의 유리 형성 능력을 향상시킬 수 있습니다.
(3) 희토류 원소를 첨가하면 합금 조직을 미세화할 수 있다.
2. 구리 지르코늄 기반 비정질 합금에 희토류 원소 Y의 적용
Zr과 Cu는 산소 친화력을 가지고 있는 반면, 희토류 원소 Y는 Cu와 Zr에 비해 산소 친화력이 더 강합니다. Y 산화물의 형성 엔탈피는 약 1903.6 kJ/mol인 반면, Cu 및 Zr 산화물의 형성 엔탈피는 약 157.3 kJ/mol 및 1102.3 kJ/mol입니다. Y 산화물의 생성 엔탈피는 Cu 및 Zr 산화물의 생성 엔탈피보다 크기 때문에 희토류 원소 Y가 산소와 반응할 가능성이 더 높습니다. Y는 실험 공정 및 합금 매트릭스에서 산소를 효과적으로 제거할 수 있으며, 금속 용융물 표면의 Y 산화물은 매트릭스 합금에 영향을 주지 않아 합금을 정화하고 이종접합이 유리 형성 능력에 미치는 악영향을 줄일 수 있습니다. 핵. 따라서 희토류 원소 Y는 합금의 비정질 형성 능력을 향상시킬 수 있습니다. 희토류 원소 Y를 첨가하면 조직구조 개선, 기계적 성질 강화, 내식성 강화 효과도 있다.
구리 지르코늄 기반 비정질 합금 시스템에 희토류 원소 Y를 첨가하는 것이 비정질 및 기계적 특성을 형성하는 능력에 미치는 영향에 대한 많은 연구가 있습니다. Shan Shengfenget al. 희토류 원소 Y의 함량이 1.0%(원자 분율)일 때 합금은 비정질임을 발견했습니다. Y 원소 함량이 1.5%(원자 분율)이면 나노 결정화가 유도되고 합금의 압축 강도가 1990MPa에 도달합니다. Y 첨가 후, 합금 파단면의 전단띠 수가 증가하고, 전단띠의 엇갈림이 불균일한 변형을 막아 합금의 가소성 및 강도를 향상시킨다. 선보는 희토류 원소 Y의 첨가가 먼저 증가하다가 비정질 형성 능력을 감소시키는 것을 발견했습니다. 적절한 양의 Y 첨가는 Cu47Zr47Al6 합금 시스템의 비정질 형성 능력을 향상시킬 수 있습니다.
2. 희토류 원소 Gd가 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 특성에 미치는 영향
구리 지르코늄 기반 비정질 합금에 적절한 양의 희토류 원소 Gd를 첨가하면 작은 원자와 큰 원자 사이의 상호 작용이 증가하여 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 원자 간격이 증가하고 단거리 정렬 영역과 원자 배열이 변경되어 원자 배열이 증가합니다. 합금의 원자 밀도가 낮아 장거리 확산이 어려워집니다. 결정화 중 합금의 결정립 성장은 3차원 성장의 확산에 의해 제어됩니다. 따라서 희토류 원소의 첨가는 비정질 합금의 열 안정성, 유리 형성 능력 및 원자 배열 구조에 중요한 영향을 미치며 비정질 합금의 미세 경도도 변화시킬 수 있습니다.
구리 지르코늄 기반 비정질 합금 시스템에 희토류 원소 Gd를 첨가하는 것이 유리 형성 능력 및 기계적 특성에 미치는 영향에 대한 많은 연구도 있습니다. Sun Yajuan 외. Zr50.7Cu28Ni9Al12.3 합금에 적절한 양의 희토류 원소 Gd를 첨가하면 탈산소 효과가 있을 수 있으며, 비정질의 크기가 약간 증가하고 과냉각된 용융물의 안정성이 증가하여 자유 에너지의 차이가 감소하여 개선됩니다. 비정질 합금의 유리 형성 능력. Liang Shunxinget al. 희토류 원소 Gd가 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 구조 변화, 형성 능력 및 열 안정성에 미치는 영향을 분석했습니다. 결과는 Gd의 첨가가 비정질 합금의 평균 원자 간격을 증가시키고 원자 배열을 변화시키는 것으로 나타났습니다. Zhang Yongzhang은 합금 샘플의 미세 경도가 희토류 원소의 첨가 및 함량에 따라 변한다는 것을 발견했습니다. 희토류 금속 Gd를 첨가하면 비정질 합금 샘플의 미세 경도가 더 커지고, 희토류 금속 Gd 첨가량의 변화는 합금의 미세 경도에 거의 영향을 미치지 않습니다.
3. 구리 지르코늄 기반 비정질 합금에 희토류 원소 Sc의 적용
합금 용융물에서 산소는 ZrO2 핵 생성 코어 또는 클러스터 형태로 존재합니다. 비정질 합금에 희토류 원소 Sc를 첨가하면 산소는 보다 안정적인 Sc2O3 형태로 존재하게 되며, Sc2O3는 비정질 합금에서 이종 핵 생성의 핵심이 되지 않습니다. 희토류 원소 Sc를 첨가함으로써 과냉각 액상 영역에서 비정질 합금의 안정성이 향상되고 결정으로 변환될 가능성이 감소됩니다. 따라서 비정질 합금의 유리 형성 능력이 향상됩니다. 또한, 적절한 양의 희토류 원소 Sc를 첨가하면 비정질 합금의 최대 비정질 형성 크기가 크게 증가할 수 있지만 내식성은 감소합니다. Helinet al. 희토류 원소 Sc가 Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 합금의 최대 비정질 형성 크기를 증가시킬 수 있지만 열 안정성에 미치는 영향은 상대적으로 작다는 것을 발견했습니다. 그리고 Sc를 첨가하면 합금의 결정화 활성화 에너지는 감소하지만 결정화 잠복기 시간 상수는 증가하고 결정화 빈도 인자는 감소할 수 있음이 밝혀졌습니다. 이 두 가지 요소의 결합 효과는 합금의 결정화 잠복 기간을 연장하고 과냉각 경향을 증가시키며 비정질 형성 능력을 향상시킵니다. Li Yanget al. 연구에서 희토류 원소 Sc를 추가하면 비정질 결정 전이 영역에서 Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 비정질 합금의 상 구조와 미세 구조가 변경되어 유리 형성 능력이 크게 향상될 수 있음을 발견했습니다.
4. 결론
희토류 원소 Y, Gd 및 Sc는 모두 강한 산소 친화력을 가지며 합금 용융물을 정화하고 이종 핵 생성의 부작용을 줄이며 열 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 비정질 형성 능력을 향상시킬 수 있습니다. 희토류 원소 Gd를 첨가하면 비정질 합금의 미세경도가 향상되지만, Gd 첨가량의 변화는 미세경도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 또한, 희토류 원소 Y를 첨가하면 비정질 합금의 미세경도가 약간 감소할 수 있습니다. 희토류 원소 Sc의 첨가는 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 내식성을 감소시킬 수 있는 반면, 희토류 원소 Y의 첨가는 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 희토류 원소의 합리적인 선택과 조합은 구리 지르코늄 기반 비정질 합금의 성능을 더 잘 향상시킬 수 있습니다.