块状金属玻璃在富氧environments

BMG 燃烧区中的富铜相以枝晶形式分布，导致如图 6a 所示的粗糙界面线。一些富铜相存在于结晶合金 中并分布在整个燃烧区。此外，结晶样品中燃烧区 和 HAZ 之间的界面大致是直的（图 6c）。

Cu46Zr46Al8块状金属玻璃在富氧环境下的燃烧行为及机理 Combustion behavior and mechanism of Cu46Zr46Al8 bulk metallic glass in oxygen-enriched environments

• 研究背景
  • 基于Zr的BMG在负载下破裂时会发出强烈的可见光闪光。亚稳BMG在加热时往往会随着热能的释放而结晶，在某些极端情况下甚至可以点燃，具有能量亚稳态，而主要成分Zr具有高燃烧热和高绝热燃烧
• 研究内容
  • Cu46Zr46Al8块状金属玻璃（BMG模型）在富氧环境中研究了燃烧行为，并系统地探索了潜在的机制
• 富氧燃烧试验
  • 燃烧中断
    • 保留了燃烧过程中形成的氧化区，并且可以根据单位时间内燃烧的棒的长度确定冷却后样品的燃烧速率。
  • 水淬
• 结果
  • 燃烧过程中产生了许多液滴和大量烟灰
    • • 图2a，b中，显示了液滴的组成，但不含Al2O3。可以看出孔隙沿样品的横截面分散。图2d中，结晶样品表现出两个纳米尺寸的相位，一个富含Zr，另一个富含Cu。
    • • BMG烟灰的平均粒径略小于结晶合金。XRD图表明，两种材料产生的烟尘颗粒含有相同的氧化物，ZrO2和Al2O3。高价氧化物的存在表明合金完全燃烧。
  • 燃烧中断实验
    • • SEM 图表明残留的BMG样品包含燃烧区、HAZ 区域和剩余的合金基体。A1 和 A2 表明燃烧区中存在许多氧化物。
  • 水淬实验
    • • BMG 燃烧区中的富铜相以枝晶形式分布，导致如图 6a 所示的粗糙界面线。一些富铜相存在于结晶合金中并分布在整个燃烧区。此外，结晶样品中燃烧区和 HAZ 之间的界面大致是直的（图 6c）。
• 讨论
  • 燃烧过程
    • • BMG 棒燃烧过程可以看到发出了更亮的光并发出了更多的火花（图 7b 的插图 A）。燃烧过程包括初始点火阶段和稳定燃烧阶段。图7b显示了燃烧金属产生的一串火花，表明熔池表面的高温导致汽化。在此阶段进行了额外的原位观察，如图7c和d所示，这证实了液相和气相燃烧的结合
  • 影响因素
    • 燃烧速率
      • 子主题
    • 氧气压力
      • 燃烧速率（v）与氧压（P）升高到指数0.5成正比。在增加氧压的同时测定了BMG试样的燃烧速率，结果如图14a1所示。随着氧压的增加，燃烧速率表现出三个阶段，并伴有斜率变化：指数增加、线性增加和稳定期。
      • • 指数增加周期（0-1.3 MPa） 氧压和吸氧速率之间存在指数关系，如图15所示，表明池表面存在致密的氧化物层。燃烧速率主要由0至1.3MPa之间的氧气扩散速率决定，并遵循阿伦尼乌斯定律
      • 子主题
        • 线性增加周期（1.3–1.9 MPa） 如图10b所示，氧吸收速率随着氧压从1.3增加到1.9MPa的增加而线性增加，可能是由于氧化物层破裂的结果。 因此，燃烧速率由氧气与熔池的反应和氧气压力是影响燃烧的主要因素。因此，v与P成正比，如图14a1所示。
      • 子主题
        • 稳定燃烧期（>1.9MPa） 在此阶段，随着氧气压力的增加，池中溶解氧的浓度达到稳定状态。如图14a2所示，No/nZr，即液/固界面处氧与Zr的比值随着氧压的增加而逐渐增加，并最终在1.9MPa的压力下趋于稳定。池的吸氧率也几乎保持稳定（见图15），因此实现了稳态燃烧。 此外，Zr55Al20Co25和Zr60Ni25Al15 BMG的燃烧速率和氧压影响与Cu46Zr46Al8 BMG表现出相同的趋势。
  • 氧压阈值和样本量
    • 较小的棒直径会导致较低的氧气压力阈值。图 16a 研究了 Cu46Zr46Al8 BMG 及其结晶合金的氧气压力阈值与样品直径之间的关系。BMG 和结晶材料的氧气压力阈值随着样品直径的增加而增加，对于预定的样品直径，BMG 的氧气压力阈值低于其对应物的氧气压力阈值，表明前者材料更易燃。
• 结论
  • BMG 在富氧环境中的燃烧比具有相同成分的结晶合金更剧烈。这种燃烧伴随着强烈的白光发射，以及大量烟灰、液滴和火花的产生。在此过程中，Al和Zr优先燃烧。
  • 火焰、熔池、热影响区和基体区域在燃烧过程后被识别。 HAZ 中粗糙的富铜相的不均匀分布和粗糙的液/固界面与 Cu46Zr46Al8 BMG 更快的燃烧速率有关。燃烧速率还受氧气吸收速率和氧化物行为的影响。 吸收率随着氧气压力的增加而增加，并表现出指数、线性和稳定期
  • BMG 的氧气压力阈值对燃烧行为有很大影响，由于前者材料的燃烧活化能较低，因此低于结晶对应物的氧气压力阈值。该阈值也与一定范围内的氧气压力的直径的平方成正比。