非晶合金易燃機制的新發現登上Corrosion Science

非晶合金一直是材料領域的研究熱點，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊通過對Zr基塊體非晶合金燃燒行為的研究，揭示了非晶合金的易燃機制。材料腐蝕領域國際著名學術期刊Corrosion Science于2022年6月2日以“Combustion behavior and mechanism of Cu₄₆Zr₄₆Al₈?bulk metallic glass in oxygen-enriched environments”為題在線報道了這一研究進展。

固體推進劑和燃燒劑等含能材料廣泛應用于航空航天和國防領域。在不改變現有的傳統Mg基和Al基合金的含能材料合金成分的情況，進一步提高體積能量密度和能量釋放速率面臨著很大的挑戰。

針對上述問題，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊基于Zr基塊體非晶合金斷裂時產生火花這一現象的啟發，以Cu₄₆Zr₄₆Al₈非晶合金為模型材料，通過與同一成分的晶體合金實時燃燒行為以及燃燒熱力學和動力學效應進行對比，發現Zr基非晶合金的燃燒與燃燒過程中的吸氧速率和氧化物行為以及氧壓門檻值密切相關，吸氧速率隨著氧壓增大而與氧壓呈指數、線性和穩態三個階段，而且Zr基非晶合金相比晶體合金合金具更低的氧壓門檻值和更低的燃燒激活能。該研究表明，相對于相同成分的晶體合金，Zr基非晶合金更易燃，同時具有更高的燃燒熱值和更快的燃燒速度，這一發現拓展了非晶合金可能的應用領域，同時為提高現有特定組分固體推進劑和燃燒劑等含能材料的釋能性能提供了新的思路。

該論文的第一作者是來自北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室的博士生喻嘉彬，呂昭平教授團隊成員王輝博士為通訊作者，該研究得到國家自然科學基金委員會的續資助。

論文詳見https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110415

經過計算的同一成分的Zr基非晶合金和晶體合金的燃燒激活能

a)實時測量的燃燒過程中的質量變化；

b)實時測量的燃燒液滴在不同氧壓下的質量。

a)氧壓與合金合金燃燒長度的關系；

b)氧壓門檻值與燃燒長度的關系；

c)非晶合金和晶體合金的的能量示意圖。