非晶合金易燃机制的新发现登上Corrosion Science

非晶合金一直是材料领域的研究热点，北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队通过对Zr基块体非晶合金燃烧行为的研究，揭示了非晶合金的易燃机制。材料腐蚀领域国际著名学术期刊Corrosion Science于2022年6月2日以“Combustion behavior and mechanism of Cu₄₆Zr₄₆Al₈ bulk metallic glass in oxygen-enriched environments”为题在线报道了这一研究进展。

固体推进剂和燃烧剂等含能材料广泛应用于航空航天和国防领域。在不改变现有的传统Mg基和Al基合金的含能材料合金成分的情况，进一步提高体积能量密度和能量释放速率面临着很大的挑战。

针对上述问题，北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队基于Zr基块体非晶合金断裂时产生火花这一现象的启发，以Cu₄₆Zr₄₆Al₈非晶合金为模型材料，通过与同一成分的晶体合金实时燃烧行为以及燃烧热力学和动力学效应进行对比，发现Zr基非晶合金的燃烧与燃烧过程中的吸氧速率和氧化物行为以及氧压门槛值密切相关，吸氧速率随着氧压增大而与氧压呈指数、线性和稳态三个阶段，而且Zr基非晶合金相比晶体合金合金具更低的氧压门槛值和更低的燃烧激活能。该研究表明，相对于相同成分的晶体合金，Zr基非晶合金更易燃，同时具有更高的燃烧热值和更快的燃烧速度，这一发现拓展了非晶合金可能的应用领域，同时为提高现有特定组分固体推进剂和燃烧剂等含能材料的释能性能提供了新的思路。

该论文的第一作者是来自北京科技大学新金属材料国家重点实验室的博士生喻嘉彬，吕昭平教授团队成员王辉博士为通讯作者，该研究得到国家自然科学基金委员会的续资助。

论文详见https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110415

经过计算的同一成分的Zr基非晶合金和晶体合金的燃烧激活能

a)实时测量的燃烧过程中的质量变化；

b)实时测量的燃烧液滴在不同氧压下的质量。

a)氧压与合金合金燃烧长度的关系；

b)氧压门槛值与燃烧长度的关系；

c)非晶合金和晶体合金的的能量示意图。