Zr_44_Ti_11_Ni_10_Cu__省略_e_25_块体非晶合金与金属铝

Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５块体非晶合金与金属铝箔的扩散连接

吴超辉　陆　琪　沈博智　袁子洲

（兰州理工大学材料科学与工程学院，省部共建有色金属新材料国家重点试验室）

摘　要　采用铜模吹铸法制备出Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５块体非晶合金，并在真空扩散焊设备中与铝箔进行扩散焊接，研究了锆基非晶合金与Ａｌ箔进行超塑性扩散焊连接工艺及其连接界面的原子扩散情况。结果表明，元素的扩散情况与试样的变形量有关，但变形量又不完全影响元素的扩散，而是当变形量达到一定值时，温度越高，元素扩散程度越高。当温度达到７１３Ｋ、变形量达到２６％时，元素的扩散程度最高。关键词　锆基非晶合金；超塑性变形；扩散焊；铝箔

中图分类号　ＴＧ１４６．４＋

１４文献标志码　Ａ　文章编号　１００１－２２４９（２０１１）０１－００７９－０４

ＤＯＩ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２０１１．０１．０２６

收稿日期：２０１０－０９－１９；修改稿收到日期：２０１０－１０－

２０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０６１００８

）第一作者简介：吴超辉，男，１９８３年出生，硕士研究生，兰州理工学材料科学与工程学院，兰州（７３００５０），电话：０９３１－２８０６１４５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈａｏｈｕｉ－

ｗｕ９３１２１５７３＠１２６．ｃｏｍ

通讯作者：袁子洲，男，１９６４年出生，教授，兰州理工大学材料科学与工程学院，兰州（７３００５０），电话：０９３１－２８０６１４５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙ

ｕａｎｚｚ＠ｌｕｔ．ｃｎ非晶态合金结构致密、

原子扩散能力差，并且其表面非常稳定，

不易发生反应，经表面处理后又会很快生成致密的钝化膜。Ａｌ箔表面存在一层极薄的Ａｌ２Ｏ３氧化膜，尽管试验前对其表面进行了化学处理，然而纯净的Ａｌ表面一旦与空气接触便会在极快的时间内生成厚度达到纳米尺度的热稳定性极高的氧化膜，阻碍Ａｌ原子的扩散［１］

。因此，连接界面氧化膜的破碎是界面原子互扩散的前提，而连接界面氧化膜的破碎可以通过施加压力和改变温度来实现

［２，３］

。本课题组通过对Ｚｒ基

块体非晶合金［４］

与Ａｌ箔进行超塑性扩散焊连接试验，研究其扩散焊连接工艺、连接界面的原子扩散情况［

５，６］

及了解氧化膜破碎压力和温度的范围，以期对非晶态合金与晶态金属的超塑性扩散焊连接以及非晶态合金的扩散连接机理的研究提供参考。

１　试验

１．１　非晶合金试样的制备

用纯度高于９９．９％的块状金属元素Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ和Ｂｅ作为试验原材料，按Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５的摩尔比配料，以高纯氩气（纯度为９９．９９％）为保护气氛，在真空非自耗电弧炉（钨电极、水冷铜坩埚）中进行熔炼。为了保证母合金的成分均匀，将每个母合金锭反复熔炼５次。将金属Ｔｉ块放入铜坩埚正中间凹坑中，

其他凹坑中分别放入母合金原料。在正式熔炼母合金之前，先将Ｔｉ块熔化，

以便吸收工作腔内部的残余氧气。将熔炼好的母合金锭表面的氧化膜打磨干净，破碎成小块，然后在丙酮中超声波清洗３０ｍｉｎ后，装入底部有矩形孔的石英管中，通过电感线圈将母合金加热使其迅速熔化，然后在０．０６～０．０８ＭＰａ的压差下将其吹入

铜模。整个母合金重熔及浇注过程均在密封的工作室

内完成，试验时先抽真空至２×１０－３　

Ｐａ

，然后通入高纯氩气进行保护，制备出尺寸为２ｍｍ×２０ｍｍ×８０ｍｍ的板状合金。在制备过程中，需要注意以下几个工艺参数：石英管内外压力差、熔融合金的温度、喷嘴狭缝的宽度、喷嘴口与模具浇口的距离、模具材料及其形状与尺寸、加热时间等。１．２　试验过程

利用电火花线切割方法将板状块体非晶合金加工成尺寸为１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ的试样，在切割过程中加大冷却水的流量以减小切割对非晶结构的影响并防止晶化。将焊接接合面用砂纸湿式研磨后，用２０００号砂纸进行精磨和抛光。在确认接合面没有划痕后即可作为焊接试样。试验所用Ａｌ箔的纯度为９９．９％，厚度为０．２ｍｍ。在扩散焊连接前，先将Ａｌ箔放入Ｋｅｌｌｅｒ试剂（ＨＦ，ＨＣｌ，ＨＮＯ３和Ｈ２Ｏ分别为１，１．５，２．５和９５ｍＬ）

中浸泡４０ｓ，然后再用去离子水清洗；将刚打磨好的Ｚｒ基非晶合金试样在丙酮中进行超声波清洗、脱脂３ｍｉｎ

（两次），然后用冷风吹干。焊接试样的表面处理工作均在焊接前短时间内完成，以减小非晶合金表面致密钝化膜和Ａｌ箔表面氧化膜的生成。将处理后的Ａｌ箔和非晶合金放置于真空扩散焊设备的真空炉中，并用压头将其压紧进行抽真

空。待真空度达到８×１０－３　

Ｐａ时，

开始进行扩散焊接。加热焊接试样使其温度至非晶合金过冷液相区内的某一温度（加热速率为１５Ｋ／ｍｉｎ），并保温一定时间后随炉冷却。在连接过程中对Ｚｒ基非晶合金／Ａｌ箔施加一

定的轴向压力，并将真空度保持在８×１０－３　

Ｐａ以上。

扩散焊接完成后，对焊接试样进行ＸＲＤ测试和扫描电

９

７特种合金

特种铸造及有色合金　２０１１年第３１卷第１期

镜（ＳＥＭ）观察。用ＳＥＭ上配备的Ｘ射线能谱仪ＥＤＳ

对连接界面的元素进行点扫描和线扫描分析。

２　试验结果和分析

图１为Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５板状合金的ＸＲＤ图

谱。可以看出，合金在２θ＝３７°附近存在一个明显的非

晶合金特有的弥散峰，在整个扫描范围内并无明显的与

晶体相相对应的尖锐衍射峰，这说明制备的合金板具有

完全非晶态结构

。

（ａ）６０ｍｉｎ，７５ＭＰａ，６６３Ｋ（ｂ）６０ｍｉｎ，７５ＭＰａ，６８８Ｋ（ｃ）６０ｍｉｎ，７５ＭＰａ，７１３Ｋ（ｄ）４５ｍｉｎ，７５ＭＰａ，６８８Ｋ

图３　不同焊接条件下试样连接界面形貌

表１为焊接试验参数及结果，其中“×”表示不能形成接头，“√”表示可以形成接头。从表１中可以看出，在高于玻璃转变温度１６Ｋ（Ｓ１，６４８Ｋ）的较低温度下进行焊接形不成焊接接头。提高温度有利于接头的形成，然而试样的变形量却急剧增大。６８８Ｋ和７１３Ｋ条件下的焊接结果表明，连接压力或连接时间的增大对连续接头的形成是有利的，但同时也会使试样变形量增大，这同温度对连接结果和试样变形量的影响是一样的。从表１还可以看出，试样的变形量与接头的连接情况的

表１　扩散焊接参数及结果

编号温度／Ｋ时间／ｍｉｎ压力／ＭＰａ接缝情况变形量／％Ａ１　６４８　６０　７５×９．５

Ａ２　６６３　６０　７５√１４．０Ａ３　６８８　６０　７５√４５．０Ａ４　７１３　６０　７５√７７．０Ａ５　７１３　６０　５０√５０．０Ａ６　７１３　６０　２５×１３．８Ａ７　７１３　３０　５０×６．６

Ａ８　７３３　５０　２０×９．６

Ａ９　６８８　４５　７５√１６．８Ａ１０　６８８　３０　７５×１２．６

０

８

特种铸造及有色合金　２０１１年第３１卷第１期

关系较为密切也较为直观：不管连接温度、连接时间、连接压力的高低，形不成焊接接头的试样变形量都较小，只有当变形量达到一定值时才可以形成焊接接头。另外，形成焊接接头的试样的变形量都较大，只有Ｓ２和Ｓ９试样的变形量相对较小，比其他试样的变形量（≥４５％）小得多。

Ｓ９试样（６８８Ｋ、４５ｍｉｎ、７５ＭＰａ条件下）焊接试样界面有孔洞存在，而当连接时间增大到６０ｍｉｎ（Ｓ３试样）时，形成了无缺陷的连续接头，但变形量太大（４５％），因此可以在６８８Ｋ、４５ｍｉｎ、７５ＭＰａ条件下增大连接时间（４５～６０ｍｉｎ之间）或适当提高连接压力（大于７５ＭＰａ）来优化焊接参数，以便获得变形量较小的无缺陷焊接接头。也可以在７１３Ｋ、６０ｍｉｎ、５０ＭＰａ条件下通过降低连接压力（５０～２５ＭＰａ之间）或减小连接时间（６０～３０ｍｉｎ之间）来优化焊接参数。

由于纯Ａｌ的熔点Ｔｍ＝９３３Ｋ，晶态金属或合金扩散焊接时，焊接温度一般为０．７　Ｔｍ，在此温度下进行焊

接时，金属或合金具有较好的塑性，在压力作用下能够使试样达到紧密接触，从而促进扩散结合。对Ａｌ箔来说，０．７Ｔｍ＝６５３Ｋ，结合Ｚｒ基非晶合金的过冷液相区温度，将Ｚｒ基非晶合金／Ａｌ箔的焊接温度选定在６４８～７１３Ｋ之间。基于上面的试验结果，焊接时间和焊接压力分别设定为３０～６０ｍｉｎ和３５～７５ＭＰａ。

表２为在连接温度为６４８～７１３Ｋ、连接时间为３０～６０ｍｉｎ、连接压力为３５～７５ＭＰａ参数范围内Ｚｒ基非晶合金／Ａｌ箔扩散焊连接接头主要的焊接参数及试样的变形量。

表２　Ｚｒ基非晶／Ａｌ箔扩散焊连接参数及其变形量编号温度／Ｋ时间／ｍｉｎ压力／ＭＰａ变形量／％

Ｓ１　６４８　６０　７５　１２．９

Ｓ２　６６３　６０　７５　１６．５

Ｓ３　６８８　６０　７５　１６．２

Ｓ４　７１３　３０　７０　４５．０

Ｓ５　７１３　６０　３５　２６．０

Ｓ６　６８８　３０　６０　１４．９

Ｓ７　６８８　４５　７５　１６．８

图４为试样在７１３Ｋ、６０ｍｉｎ、３５ＭＰａ时焊接后的ＸＲＤ图谱。可以看出，在非晶漫散射峰上叠加了晶态Ａｌ对应的衍射峰，并没有其他晶态峰出现，这表明非晶合金并没有发生晶化，也没有和Ａｌ发生反应

。

（ａ）ＳＥＭ，６４８Ｋ（ｂ）ＥＤＳ，６４

８Ｋ

（ｃ）ＳＥＭ，６６３Ｋ（ｄ）ＥＤＳ，６６３Ｋ

图５　连接时间为６０ｍｉｎ、连接压力为７５ＭＰａ条件下，不同连接温度时连接界面扫描电镜照片及元素分布曲线从图５ａ和图５ｃ中可以看见一些白色颗粒，用电子探针分析表面，发现其成分为嵌入Ａｌ基体的抛光粉（Ｃｒ

２Ｏ

），这是在试样抛光时引入的；连接界面处的白色区域为Ａｌ和非晶的氧化物。线分析也显示氧含量增加，这可能是试验开始前试样表面未处理干净或在焊接过程中焊接界面被氧化的结果。因为非晶合金和Ａｌ箔在空气中易被氧化形成一层致密的氧化膜，从而对元素的互扩散形成一定的障碍。通过超塑性加压可使其表面氧化膜破裂，使连接界面达到原子距离，从而实现元素的互扩散，由于加压使氧化膜不能完全去除干净的

１

８

Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５块体非晶合金与金属铝箔的扩散连接　吴超辉　等

关系，只能看到一片模糊的白色的区域而看不到破碎的痕迹。在６６３Ｋ条件下试样氧化膜未去除干净，对元素的扩散有一定影响，但由于温度的升高，扩散能力较６４８Ｋ仍有一定提高。

图６为７１３Ｋ、３０ｍｉｎ、７０ＭＰａ（Ｓ４试样）和７１３Ｋ、６０ｍｉｎ、３５ＭＰａ（Ｓ５试样）条件下界面扫描电子图像及元素线分布图。从图６可以看出，Ａｌ元素穿过界面，扩散程度较图５有较大的提高，并且其扩散仍明显好于Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ元素。这表明Ａｌ元素的扩散程度随着温度的升高而增大。另外，图６ｄ中的Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ元素的扩散程度高于相同温度下的图６ｂ中的各种元素，结合表２可知，前者试样的变形量明显高于后者，说明较大的变形量对界面元素的互扩散有利［７～９］。Ｓ５试样界面Ｚｒ元素分布变得平缓，说明在７１３Ｋ、６０ｍｉｎ、３５ＭＰａ条件下Ｚｒ有一定程度的扩散（见图６ｄ）。Ｓ４试样的变形量高达４５％，然而元素的扩散程度却不及Ｓ５试样（变形量为２６％）

。

（ａ）３０ｍｉｎ、７０ＭＰａ，ＳＥＭ（ｂ）３０ｍｉｎ、７０ＭＰａ，ＥＤ

Ｓ

（ｃ）６０ｍｉｎ、３５ＭＰａ，ＳＥＭ（ｄ）６０ｍｉｎ、３５ＭＰａ，ＥＤＳ图６　焊接温度为７１３Ｋ，不同时间、压力条件下试样界面扫描电镜照片及ＥＤＳ线扫描曲线

３　结论

（１）连接温度为６４８～７１３Ｋ、连接时间为３０～６０

ｍｉｎ、连接压力为２０～７５ＭＰａ参数范围内均获得了焊接接头，非晶合金中各元素的扩散能力较差，Ａｌ元素的扩散程度高于其他元素。

（２）较为合理的试验参数为７１３Ｋ、６０ｍｉｎ、３５ＭＰａ，连接界面处原子扩散程度较高，变形量相对较低。

（３）元素的扩散情况与试样的变形量有关，一定的变形量是元素扩散的前提；当变形量达到一定值时，温度越高，元素扩散程度越高。

（４）连接后非晶合金没有发生晶化，连接界面处也没有与Ａｌ发生反应。

参　考　文　献

［１］　ＨＡＳＮＡＯＵＩ　Ａ，ＰＯＬＩＴＡＮＯ　Ｏ，ＳＡＬＡＺＡＲ　Ｊ　Ｍ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎａｎｏ－ｓｃａｌｅ　ｒｏｏｍ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌｓ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．，２００５，５７９（１）：４７－５７．

［２］　ＷＡＮＩＵＫ　Ｔ　Ａ，ＳＣＨＲＯＥＲＳ　Ｊ，ＪＯＨＮＳＯＮ　Ｗ　Ｌ．Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃｏｏｌｉｎｇｒａｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｚｒ－Ｔｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｂｅ　ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００１，７８（９）：１　２１３－１　２１５．

［３］　ＷＡＮＩＵＫ　Ｔ　Ａ，ＳＣＨＲＯＥＲＳ　Ｊ，ＪＯＨＮＳＯＮ　Ｗ　Ｌ．Ｔｉｍｅ　ｓｃａｌｅｓ　ｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｉｓｃｏｕｓ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｌｋ　ｇｌａｓｓ－ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｚｒ－Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ－Ｂｅ　ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００３，Ｂ６７（１８）：１８４２０３－１－１８４２０３－９．

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［８］　ＳＯＭＥＫＡＷＡ　Ｈ，ＩＮＯＵＥ　Ａ，ＨＩＧＡＳＨＩ　Ｋ．Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｉｆ－ｆｕｓｉｏｎ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｎ　Ｚｒ－Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｇｌａｓｓ　ｉｎ　ｓｕｐｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ　ｌｉｑｕｉｄ　ｒｅｇｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｒ．Ｍａｔｅｒ．，２００４，５０：１　３９５－１　３９９．［９］　ＬＩＮ　Ｊ　Ｇ，ＷＡＮＧ　Ｘ　Ｆ，ＷＥＮ　Ｃ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ　ｆｏｒｍｉｎｇ／ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｂｕｌｋ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｇｌａｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，２６（３）：３６１－３６６．

（编辑：刘　卫

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

檪

殏

殏殏

殏

）

中、美、加合作研究表明：

铝制的汽车零部件在减少温室气体排

放及节能方面表现最佳

由中国、美国、加拿大３家铝材行业协会共同

合作研究的项目中得出结论：铝制的汽车零部件可

使汽车的温室气体排放量降到最低，并且可使汽车

达到最佳的节能状态。此次研究的项目是对安装

在克莱斯勒汽车前部的铝制、钢制、镁制零部件进

行整个生命周期的评估。评估具体包括油料燃烧

效率、排放存储、各种铝制、钢制、镁制材料在采集、提纯、冶炼、回收过程中对环境的影响。分析表明，每种金属在类似设计的全生命周期内，镁制的汽车

零部件比钢制的二氧化碳排放量少１２％，铝制的

汽车零部件比钢制的少２０％。在节省能源方面，镁制的汽车零部件比钢制节能１５％，铝制相比钢

制部件节能２０％。数据显示，每ｋｇ铝制部件在整

个汽车的生命周期内可减少２０ｋｇ的二氧化碳的

排放。

（中国铸造协会报道）

２

８

特种铸造及有色合金　２０１１年第３１卷第１期

ｔｅｄ　ｐｏｗｄｅｒ　ｐｒｅｆｏｒｍｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ａｎｄ　ＸＲＤ（Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）．Ｔｈｅ　ｐｒｅｆｏｒｍｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｓ　ｉｎｎｅｒ－ｏｕｔｅｒ　ｌａｙｅｒ　ｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅ，ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｅｒ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　Ｔｉ　ｐｏｗｄｅｒ　ａｎｄｇｒａｐｈｉｔｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗｉｔｈ　ａ　ｍｏｌａｒ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　１∶１，ａｎｄ　ｔｈｅｉｎｎｅｒ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　Ｓｉ　ｐｏｗｄｅｒ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｐｏｗｄｅｒｗｉｔｈ　ａ　ｍｏｌａｒ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　１∶１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｈｅａｔ　ｒｅｌｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＴｉＣ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｕｔｅｒｌａｙｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｎｓｐｉｒｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉ　ｐｏｗｄｅｒａｎｄ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｔｏ　ｇｅｎｅｒａｔｅ　ＳｉＣ　ｐａｒｔｉｃｌｅ．Ｗｉｔｈ　ａｗｅｉｇｈｔ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　４∶１ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ａｔ１０５０℃，Ｓｉ　ｐｏｗｄｅｒ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒｌａｙｅｒ　ａｒｅ　ｆｕｌｌｙ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ　ｉｎｔｏ　ＳｉＣ　ｐａｒｔｉｃｌｅ．

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｄｅｒ　Ｐｒｅｆｏｒｍｓ，ＳＨＳ，ＳｉＣ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ

Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉ－ｃｌｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｂｉｍｅｔａｌ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　Ｌｉ　Ｘｉｕｑｉｎｇ，ＳｏｎｇＹａｎｐｅｉ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙ－ａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）２０１１，３１（１）７６～７８

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａ　ｈｉｇｈ　Ｃｒ　ｃａｓｔ　ｉｒｏｎ／ｎｏｄｕｌａｒ　ｉｒｏｎ　ｂｉｍｅｔａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｄｄｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｅｒ－ｒｏ－ｃｈｒｏｍｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｂｙ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｌａｙｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｉｎｇｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ＭＭＳ－１Ｇｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ａｎｄｗｅａｒ　ｔｅｓｔｅｒ，ＯＭ（ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ），ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ａｎｄ　ＸＲＤ（Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｌａｙｅｒ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒｅｄ　ｍａｒｔｅｎｓ－ｉｔｅ，Ｃｒ７Ｃ３ｐｈａｓｅ，ｒｅｓｉｄｕａｌ　ａｕｓｔｅｎｔｉｔｅ，ａ　ｌｉｔｔｌｅ　Ｃｒ２３Ｃ６ａｎｄ　Ｃｒ３Ｃ　ｐｈａｓｅ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　４０ｍ／ｓ，ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓ－ｉｎｇ　ｉｎ　ｌｏａｄｉｎｇ，ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ　ｌｉｎｅａｒ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌｏｓｓ．Ｔｈｅ　ｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ａｂｒａｓｉｖｅ　ｗｅａｒ，ｏｘｉｄａ－ｔｉｖｅ　ｗｅａｒ　ａｎｄ　ａｄｈｅｓｉｖｅ　ｗｅａｒ．

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｂｉｍｅｔａｌ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｈｉｇｈ　Ｃｒ　Ｃａｓｔ　Ｉｒｏｎ，Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｃａｓｔ　Ｉｒｏｎ，Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ

Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５Ｂｕｌｋ　Ａｍｏｒ－ｐｈｏｕｓ　Ａｌｌｏｙ　ｗｉｔｈ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｆｏｉｌ　Ｗｕ　Ｃｈａｏｈｕｉ，Ｌｕ　Ｑｉ，Ｓｈｅｎ　Ｂｏｚｈｉ，Ｙｕａｎ　Ｚｉｚｈｏｕ（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ　Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）２０１１，３１（１）７９～８２

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｚｒ４４Ｔｉ１１Ｎｉ１０Ｃｕ１０Ｂｅ２５ｂｕｌｋ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ａｌｌｏｙｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｂｌｏｗｉｎｇ　ｏｕｔ　ｗｉｔｈ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍｏｌｄ　ｃａｓｔ－ｉｎｇ，ａｎｄ　ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｚｒ－ｂａｓｅｄａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ａｌｌｏｙ　ｗｉｔｈ　Ａｌ　ｆｏｉｌ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｉｎ　ｖａｃｕｕｍｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｗｅｌｄｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｔｏ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ａｔｏｍ　ｄｉｆｆｕ－ｓｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｉｎ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌｔｈａｔ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｔｏ　ｓｏｍｅ　ｅｘｔｅｎｔ．Ｗｈｅｎ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒａｔｅｒｅａｃｈｅｓ　ａ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ，ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｉｎ　ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ，ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｘｉ－ｍｕｍ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｃａｎ　ｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｗｉｔｈ　２６％ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ａｔ　７１３Ｋ．

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｚｒ－ｂａｓｅｄ　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　Ａｌｌｏｙ，ＳｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｗｅｌｄｉｎｇ，Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｆｏｉｌ

Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＦｒｉｃｔｉｏｎａｌＳｔｉｒｒｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ（ＦＳＰ）ＭＢ８Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　Ａｌｌｏｙ　ＷａｎｇＳａｉｘｉａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｄａｔｏｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）２０１１，３１（１）８３～８６Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆＦＳＰ　ＭＢ８（Ｍｇ－１．５Ｍｎ－０．３Ｃｅ）ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　６０ｍｍ／ｍｉｎ　ｗｉｔｈ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　８００，１２００ａｎｄ　１８００ｒ／ｍｉｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌ　ｔｈａｔ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｃｏａｒｓｅ　ｒｏｌｌｅｄＭＢ８ｉｓ　ｒｅｆｉｎｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｅｑｕｉｘｅｄ　ａｎｄ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｇｒａｉｎｓ　ａｆｔｅｒＦＳＰ　ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒｅ　ｓｔｉｒｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｎ　ａｎｄ　ｏｃｃｕｒ－ｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＳＺｓ（ｓｔｉｒｒｉｎｇｚｏｎｅｓ）．Ａｖｅｒａｇｅ　ｇｒａｉｎ　ｓｉｚｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＳＺｓ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｒｅｆｉｎｅｄｆｒｏｍ　１６．５μｍ　ｔｏ　６μｍ　ｗｉｔｈ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　８００ｒ／ｍｉｎ．Ａｍｂｉｅｎｔ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｉｓ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｏｆ　ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ＦＳＰ．Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ　ａｆｔｅｒＦＳＰ　ｗｉｔｈ　１２００ｒ／ｍｉｎ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｕｐ　ｔｏ　５７％，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ１６０％ｏｆ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．Ｔｅｎｓｉｌｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏ－ｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃ－ｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ），ａｎｄ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗａｓ　ａｎａ－ｌｙｚｅｄ．

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＦＳＰ，Ｍｇ－１．５Ｚｎ－０．３Ｃｅ，Ｇｒａｉｎ　Ｒｅｆｉｎｅ－ｍｅｎｔ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

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