【摘 要】
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非晶合金具有很多优良的性能,这得益于其长程无序、短程有序的原子结构。探索研究非晶合金新的功能及性能具有重要的科学意义和应用价值。本文采用差示扫描量热法(DSC)和快速加热法对不同成分组元的Zr基非晶合金的燃烧进行了实验研究。此外还用流体动力学软件FLUENT对Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金的燃烧进行了数值模拟研究。实验研究发现,在大于2000 K/s的速率加热下,Zr55Cu30Ni5Al
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非晶合金具有很多优良的性能,这得益于其长程无序、短程有序的原子结构。探索研究非晶合金新的功能及性能具有重要的科学意义和应用价值。本文采用差示扫描量热法(DSC)和快速加热法对不同成分组元的Zr基非晶合金的燃烧进行了实验研究。此外还用流体动力学软件FLUENT对Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金的燃烧进行了数值模拟研究。实验研究发现,在大于2000 K/s的速率加热下,Zr55Cu30Ni5Al10非晶条带的燃点约为810~885 K,远低于其熔点。而相同条件下,晶化的条带却无燃烧现象。非晶带材在较高的加热速率下的燃点值与相应加热速率下的晶化开始温度Tx相吻合。并且燃点具有明显的动力学特征,随着加热速率的升高而提高。非晶合金主要的燃烧产物为金属间化合物和金属氧化物。说明非晶合金的燃烧是在不低于某一临界加热速率的条件下,在晶化放热焓和外加热源的作用下发生的自蔓延连锁放热反应。二元Zr50Cu50非晶合金在点火时仅需要比较小的加热速率即可以发生燃烧,在加热速率在1200~2020 K/s的范围内,其燃点约为771~801 K,燃点值更低。而Zr48Cu45Al7和Zr59Cu20Al10Ni8Ti3两种非晶成分与Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金表现出相似的点燃和燃烧现象,发生点火燃烧需要比较高的临界加热速率(>2000 K/s),燃烧比较平缓。Zr48Cu45Al7的燃点约为776~842 K,Zr59Cu20Al10Ni8Ti3的燃点约为812~885 K。对添加不同元素形成的非晶合金的燃烧研究发现,非晶合金的热稳定性越高,其燃点越高,同时点火所需临界加热速率也越高。通过对非晶合金燃烧的数值模拟计算,可以得到和实验比较相符的仿真结果,能进一步了解非晶合金燃烧时的温度分布。仿真结果表明,非晶合金在点火燃烧阶段,开始对氧气进行大量的消耗。非晶条带所具有的温度越高,所消耗的氧气越多;同时温度增幅的越大,耗氧分数的涨幅也越大。
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