非晶合金材料课件.ppt

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1、 非晶合金材料非晶合金材料非晶合金的发展历史非晶合金的发展历史19601960年年DuwezDuwez等人采用等人采用Au-SiAu-Si合金首次制备非晶相合金首次制备非晶相二元非晶系合金一般是由二元非晶系合金一般是由过渡族金属过渡族金属或或贵金属贵金属和和玻璃化非玻璃化非金属或类金属金属或类金属组成如组成如FeFe、NiNi、CoCo等和等和B B、Si Si、C C、P P等，玻等，玻璃化元素原子百分比为璃化元素原子百分比为15-3015-30主要的非晶合金系有：主要的非晶合金系有：贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基镧系金属

2、基、铝基、镁基合金等镧系金属基、铝基、镁基合金等-下表为典型块状非晶合金及其开发年代下表为典型块状非晶合金及其开发年代-质点在三维空间排列没有规律性，质点在三维空间排列没有规律性，即远程无序，即远程无序，不排除局部区域可能存在规则排列，不排除局部区域可能存在规则排列，即近程有序即近程有序 质点在三维空间作有规则的排列，质点在三维空间作有规则的排列，即远程有序即远程有序 非晶态材料的结构特性非晶态材料的结构特性-图图1 1 气体、熔体、玻璃和晶体的气体、熔体、玻璃和晶体的X X射线衍射图射线衍射图 -晶晶体体：有有序序结结构构，当当晶晶面面满满足足布布拉拉维维衍衍射射条条件件时时，便便会在特征角

3、度出现尖锐的衍射峰会在特征角度出现尖锐的衍射峰气体：气体：完全无序的结构，因而出现散射现象完全无序的结构，因而出现散射现象玻璃和熔体结构：玻璃和熔体结构：存在相似性存在相似性 介介于于有有序序和和无无序序之之间间的的一一种种状状态态，衍衍射射图图谱谱呈呈弥弥散散状衍射峰状衍射峰 近程有序、远程无序近程有序、远程无序 在在局局部部区区域域质质点点排排列列形形式式与与晶晶体体相相似似，但但这这种种局局部部有规则排列区域是高度分散的有规则排列区域是高度分散的-非晶态材料的亚稳定性非晶态材料的亚稳定性亚亚稳稳态态是是指指该该状状态态下下系系统统的的自自由由能能比比平平衡衡态态高高，有向平衡态（晶态）转

4、变的趋势。有向平衡态（晶态）转变的趋势。如何形成亚稳态（形成原因）如何形成亚稳态（形成原因）非非晶晶材材料料在在制制备备过过程程中中，因因熔熔体体急急冷冷使使体体系系粘粘度度急急剧剧增增大大，质质点点来来不不及及作作远远程程有有序序排排列列而而玻玻璃璃化化，其其释释放放的的能能量量较较结结晶晶潜潜热热小小，即即非非晶晶与与晶体相比含有过剩的能量。晶体相比含有过剩的能量。-从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件不

5、足，阻碍了转化的进行。不足，阻碍了转化的进行。当温度升高时，必然有向低能量转化的趋当温度升高时，必然有向低能量转化的趋势，产生晶化。势，产生晶化。-非晶态的形成非晶态的形成 v 抑制抑制熔体熔体中的形核和长大，保持液态结构中的形核和长大，保持液态结构v 使使非非晶晶态态亚亚稳稳结结构构在在一一定定温温度度范范围围内内保保持持稳稳定定，不向晶态转化不向晶态转化v 在在晶晶态态固固体体中中引引入入或或造造成成无无序序，使使晶晶态态转转变变为为非晶态非晶态 非晶形成能力及主要参数非晶形成能力及主要参数-非晶的主要参数：非晶的主要参数：R Rc c：非晶形成临界冷却速度：非晶形成临界冷却速度t tma

6、xmax ：非晶形成临界厚度：非晶形成临界厚度玻璃转变温度玻璃转变温度 T Tg g和熔点和熔点 T Tm m，T Tg g/T/Tm m ：约化玻璃转变温度：约化玻璃转变温度结晶温度结晶温度 T Tx x T Tx x=T=Tx x-T-Tg g ：过冷液体温度区间：过冷液体温度区间不同成分非晶态金属临界冷却速度在不同成分非晶态金属临界冷却速度在10102 2-10-107 7K/sK/s间变化，多数非间变化，多数非晶态合金在晶态合金在10105 5-10-106 6K/sK/s的冷却速度下制得的冷却速度下制得-非晶形成能力：非晶形成能力：19901990年年前前发发现现的的FeFe基基、C

7、oCo基基、NiNi基基非非晶晶合合金金的的临临界冷却速度界冷却速度R Rc c大于大于10105 5K/sK/s，厚度，厚度t tmaxmax限制在限制在5050 m m以下，以下，而而Pd-Ni-PPd-Ni-P和和Pt-Ni-P Pt-Ni-P 的的R Rc c 在在10103 3K/s K/s 数数量量级级，熔熔体体未经净化处理条件下未经净化处理条件下t tmaxmax为为1-3mm1-3mm近近年年MgMg、LnLn、ZrZr、FeFe、PdPd、CoCo基基合合金金系系中中发发现现了了新新的的多多元元非非晶晶合合金金R Rc c 低低至至1010-1-1K/s K/s，最最大大试试

8、样样厚厚度度达达到到72mm72mm-经验原则经验原则随随着着约约化化玻玻璃璃转转变变温温度度T Tg g/T/Tm m的的提提高高，非非晶晶形形成成能能力力有有明明显显提提高高趋趋势势，具具有有较较低低临临界界冷冷却却速速度度R Rc c和和较较大临界厚度大临界厚度t tmaxmax的合金，的合金，T Tg g/T/Tm m的值超过的值超过0.60.6随随着着过过冷冷液液体体温温度度区区间间 T Tx x的的提提高高，R Rc c降降低低而而临临界厚度界厚度t tmaxmax增大增大Zr-Al-Ni-PZr-Al-Ni-P和和Pd-Cu-Ni-PPd-Cu-Ni-P非非晶晶合合金金的的 T

9、Tx x的的值值超超过过100K100K-Zr-Al-Ni-PZr-Al-Ni-P和和Pd-Cu-Ni-PPd-Cu-Ni-P非非晶晶合合金金的的 T Tx x的的值超过值超过100K100K-块状非晶合金的制备与性能块状非晶合金的制备与性能块状非晶合金的制备块状非晶合金的制备制备：制备：快速凝固和固结加工快速凝固和固结加工快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、不定向熔炼等不定向熔炼等固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热压或热挤压进行制备压或热挤压进行制备LaLa基、基、MgMg基

10、合金最大厚度为基合金最大厚度为10mm10mm，锆基为，锆基为30mm30mm，FeFe基基10mm10mm采用水淬法制备直径为采用水淬法制备直径为50mm50mm和和72mm72mm的的PdPd4040CuCu3030NiNi1010P P2020非晶合金，表面光滑良好金属光泽非晶合金，表面光滑良好金属光泽-1.1.良好的力学性能良好的力学性能非非晶晶态态金金属属的的结结构构在在宏宏观观上上是是各各向向同同性性的的，没没有有晶晶态态金金属属中中常常见见的的晶晶界界和和缺缺陷陷等等各各种种局局部部不不均均匀匀。这这样样就就使使得得非非晶晶态态金金属属既既可可以以具具有有很很高高的的强强度度和和

11、硬硬度度，同同时时又又能能在在室室温温下下产生产生塑性变形塑性变形。与与结结晶晶合合金金相相比比，非非晶晶合合金金具具有有较较高高的的拉拉伸伸强强度度和和显显微微硬硬度度，较较低低的的杨杨氏氏模模量量。在在杨杨氏氏模模量量相相同同的的情情况况下下，非非晶晶合合金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3 3倍倍 非晶合金的性能非晶合金的性能-它它的的强强度度和和硬硬度度比比现现有有的的许许多多晶晶态态金金属属高高，能能高高达达每每平平方方毫毫米米40004000牛牛顿顿，超超过过了了超超高高硬硬度度工工具钢，同时还具有相对较高的具钢，同时还具有相对较高的韧性韧性。

12、非非晶晶合合金金的的拉拉伸伸塑塑性性较较低低，在在拉拉伸伸时时小小于于l l，但但在在压压缩缩、弯弯曲曲时时有有较较好好塑塑性性，压压缩缩塑塑性性可可达达40 40，非晶合金薄带弯达，非晶合金薄带弯达180180o o也不断裂。也不断裂。-2.2.良好的化学性能良好的化学性能非非晶晶态态合合金金比比相相同同成成分分的的晶晶态态合合金金具具有有强强得得多多的的耐耐腐腐蚀蚀性性能能，如如FeFe4343CrCr1616MoMo1616C C1818B B8 8非非晶晶合合金金的的耐耐腐腐蚀蚀性性可可比比不不锈钢高一万多倍。锈钢高一万多倍。由由于于非非晶晶态态材材料料的的显显微微组组织织均均匀匀，不

13、不包包含含位位错错、晶晶界界等等缺陷，使腐蚀液不能入侵。缺陷，使腐蚀液不能入侵。同同时时，非非晶晶态态合合金金自自身身的的活活性性很很高高，能能够够在在表表面面迅迅速速的的形形成成均均匀匀的的钝钝化化膜膜，或或一一旦旦钝钝化化膜膜局局部部破破裂裂也也能能够够及及时时修复。修复。-3.3.非晶态合金的物理性能非晶态合金的物理性能非非晶晶合合金金具具有有良良好好的的磁磁学学性性能能，非非晶晶合合金金因因矫矫顽顽力力小小、导导磁磁率率高高、铁铁损损小小和和非非常常适适用用于于制制作作变变压压器器、电电磁磁开开关关、磁磁放放大大器器等等的的磁磁芯芯。非非晶晶合合金金可可屏屏蔽蔽外外来来电电磁磁场场对对高高分分辨辨率率电电子子显显微微镜镜的的干干扰扰;利利用用其其优优异异的的磁磁性性能能制制作作各各种种磁磁记录头和磁光光盘等。记录头和磁光光盘等。非非晶晶态态材材料料电电学学性性能能方方面面展展现现出出许许多多优优于于品品态态的的特特点点，如如非非晶晶态态合合金金具具有有比比晶晶态态合合金金大大1010一一100100倍倍的的高高电电阻阻率率。部分非晶态合金还具有超导特性。部分非晶态合金还具有超导特性。-