非晶態(tài)合金的優(yōu)異性能及應(yīng)用-

1、文章編號(hào):1003-0794(200502-0074-04非晶態(tài)合金的優(yōu)異性能及應(yīng)用王翠玲1,吳玉萍2(1.山東科技大學(xué)材料學(xué)院,山東青島266510;2.東南大學(xué),南京210096摘要:非晶態(tài)合金在原子排布上完全不同于晶態(tài)金屬,它沒(méi)有晶粒和晶界,是單相無(wú)定形結(jié)構(gòu),沒(méi)有像晶體那樣的結(jié)構(gòu)缺陷,如晶界、孿晶、位錯(cuò)、層錯(cuò)等。微觀結(jié)構(gòu)決定了它具有一系列優(yōu)良的特性,如高強(qiáng)度、高硬度、韌性好、耐蝕等,綜述了非晶態(tài)合金的一些特有的優(yōu)良性能及其在各方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:非晶態(tài);金屬玻璃;無(wú)定形結(jié)構(gòu)中圖號(hào):TG14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A !前言非晶合金也稱為金屬玻璃(Metglass ,是通過(guò)急冷手段使合金液快速凝固,致

2、使固態(tài)合金內(nèi)部原子在室溫下還保持著類似于液態(tài)結(jié)構(gòu)的混亂排列的固態(tài)物質(zhì)狀態(tài),它兼有金屬和玻璃特性。由于非晶態(tài)合金在原子排布上完全不同于晶態(tài)金屬,微觀結(jié)構(gòu)決定了它具有一系列新的特點(diǎn):良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的物理性能和特殊的化學(xué)性能。"機(jī)械性能非晶態(tài)合金具有非常優(yōu)異的材料性能。非晶態(tài)合金硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性與晶體材料相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。非晶態(tài)合金具有很高的抗拉強(qiáng)度和硬度。非晶態(tài)合金的硬度與添加元素的種類、數(shù)量有很大關(guān)系,其硬度可達(dá)HV1400。非晶態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度高于!一般實(shí)用金屬,接近于金屬晶須。其中鐵基和鉻基次方框圖表示。 圖#系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.#The data structur

3、e of system#結(jié)語(yǔ)本系統(tǒng)是整個(gè)工藝管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分,它可很好地實(shí)現(xiàn)以下基本功能:根據(jù)工作需求情況建立相關(guān)數(shù)據(jù)處理(增加、刪除、送審、查詢等,并具有網(wǎng)絡(luò)操作功能(可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)工程的具體要求和注意事項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)控和審批;由于限制操作員的登錄身份,即使查詢其他信息,也不可更改,能夠使工作具有保密性和可靠性;由于系統(tǒng)程序及數(shù)據(jù)庫(kù)可更改,可為系統(tǒng)維護(hù)人員的日后維護(hù)工作提供保障。參考文獻(xiàn):1王道義,喬陶鵬,李穎鵬,等.Visual Basic6使用詳解M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.2張海藩.軟件工程導(dǎo)論M .北京:清華大學(xué)出版社,1998.3俞盤(pán)祥,沈金發(fā).數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理M .北京

4、:清華大學(xué)出版社,1988.作者簡(jiǎn)介:蔚彩蓉(1970-,山西忻州人,畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院.收稿日期:2004-11-02Analyze a Design of Process Management System Based on Visual BasicYU Cai-rong(Higher Profession Technology College ,University of Science and Technology Inner Mongolia ,Baotou 014010,China Abstract :The paper mainly describes design ideal

5、of exploitation in process management system and data process during exploitation.Application software makes a good action to process management information system in working ,gives a lot of help for sharing information ,saving ,checking -up in time ,turning over ,controls and manages process compil

6、e very well and orderly.There is a reliable warranty to the questions happened in process compile.It controls the disadvantage finished in no time.Key words :process management ;checkup and register ;process compile47煤礦機(jī)械2005年第2""""""""""""

7、""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

8、"期非晶態(tài)合金的抗張強(qiáng)度可達(dá)4000MPa左右,鎳基的非晶態(tài)合金也可達(dá)到3500MPa左右。在晶態(tài)合金上施加剪應(yīng)力,以位錯(cuò)為媒介,在特定的晶面上產(chǎn)生滑移。非晶態(tài)合金沒(méi)有界面,所以原子只能成集團(tuán)地移動(dòng)。若使其變形必須施加更大的外力,即提高了屈服強(qiáng)度。鐵基非晶態(tài)合金Fe80B20屈服強(qiáng)度為3500MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常用的超高強(qiáng)度的馬氏體時(shí)效鋼2000MPa。陸關(guān)興、陳緋等人提到非晶態(tài)合金具有較高強(qiáng)度是因?yàn)橛蟹浅?qiáng)的金屬-類金屬化學(xué)鍵,另外,非晶態(tài)合金沒(méi)有像晶體合金那樣的位錯(cuò)、層錯(cuò)、堆垛等缺陷,而是一種混亂的無(wú)序結(jié)構(gòu),在化學(xué)上有高度的均勻一致性。非晶態(tài)合金的無(wú)序結(jié)構(gòu)使它具有高強(qiáng)度,同時(shí)又具有

9、高塑性和沖擊韌性。它在變形時(shí)無(wú)加工硬化現(xiàn)象。低溫時(shí)的塑性變形為不均勻變形,而高溫時(shí)顯示出均勻的粘滯性流動(dòng)。非晶態(tài)金屬的動(dòng)態(tài)性能也很好,它有高的疲勞壽命和良好的斷裂韌性。和非金屬玻璃的脆性斷裂不同,它的斷裂是通過(guò)高度局域化的切變變形實(shí)現(xiàn)的。許多非晶態(tài)金屬玻璃帶,即使將它們對(duì)折,也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。對(duì)于金屬材料,通常是高強(qiáng)度、高硬度而較脆,而非晶合金則兩者兼顧,它們不僅強(qiáng)度高,硬度高,而且韌性也較好。用非晶態(tài)合金和其它材料可以制成高強(qiáng)度的復(fù)合材料,也可以單獨(dú)制成耐磨器件。采用非晶絲復(fù)合強(qiáng)化的高爾夫球桿、釣魚(yú)桿已經(jīng)面市。采用非晶態(tài)合金制備的高耐磨音頻、視頻磁頭已經(jīng)在高檔錄音、錄像機(jī)中廣泛應(yīng)用。非晶態(tài)合金

10、還可以用作渦輪材料、彈簧材料、輪胎、傳送帶、高壓管道的增強(qiáng)纖維以及特殊切削刀具等。!化學(xué)性能(1耐蝕性能由于沒(méi)有晶粒和晶界,非晶態(tài)合金比晶態(tài)金屬更加耐腐蝕,非晶態(tài)耐蝕合金不僅在一般情況下不發(fā)生局部腐蝕,而且對(duì)于在特殊條件下誘發(fā)的點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕也能抑制其發(fā)展。非晶態(tài)合金比相同的晶態(tài)合金具有低得多的腐蝕速度,甚至可以低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。例如,鐵基非晶態(tài)合金Fe72Cr8P13C7在1N的HCl中浸漬168h(30,幾乎沒(méi)有重量上的變化,而在同樣條件下, 18Cr8Ni的不銹鋼卻以10mm/a的速率被鹽酸腐蝕掉。這種鐵基非晶態(tài)合金已成為化工、海洋等一些易腐蝕環(huán)境中應(yīng)用設(shè)備的首選材料。非晶態(tài)合金耐蝕性好主要

11、是由于非晶態(tài)合金表面鈍化膜的形成和非晶態(tài)的均勻性。非晶態(tài)合金是單相無(wú)定形結(jié)構(gòu),無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷,如晶界、孿晶、晶格缺陷、位錯(cuò)、層錯(cuò)等,而且沒(méi)有異相、析出物、偏析以及其它成分起伏。非晶態(tài)合金沒(méi)有這些缺陷和成分起伏,從而保證了高度均勻的耐蝕鈍化膜的形成。從合金的微觀結(jié)構(gòu)均勻性和化學(xué)成分特殊性而言,減少了在腐蝕介質(zhì)中的微電池腐蝕。利用非晶態(tài)合金耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn),可以制造耐蝕管道、電池電極、海底電纜屏蔽、磁分離介質(zhì)及化學(xué)工業(yè)的催化劑,目前都已達(dá)到了實(shí)用階段,非晶態(tài)合金的耐蝕性還可用于長(zhǎng)期在泥沙、水流中工作的水輪機(jī)上,將大大提高其使用壽命,減少維修費(fèi)用。(2催化性能非晶態(tài)合金表面能高,可連續(xù)改變成分,具有明顯的催

12、化性能。非晶態(tài)合金具有無(wú)定形結(jié)構(gòu),在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定或亞穩(wěn)狀態(tài),從而顯示出獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì):非晶態(tài)合金短程有序,含有很多配位不飽和原子,富于反應(yīng)活性,從而具有較多的表面活性中心。非晶態(tài)合金長(zhǎng)程無(wú)序,其表面保持液態(tài)時(shí)原子混亂排列,有利于反應(yīng)物的吸附。而且從結(jié)晶學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看,非晶態(tài)合金不存在通常結(jié)晶態(tài)合金中晶界、位錯(cuò)和偏析等缺陷,在化學(xué)上保持近乎理想的均勻性,不會(huì)出現(xiàn)不利于催化的現(xiàn)象。已有研究表明,其活性高于相應(yīng)的晶態(tài)合金,并且有特殊的選擇性,是一類很有發(fā)展前途的新型催化劑。近年來(lái),報(bào)道的非晶態(tài)合金催化劑主要有:金屬+金屬型,如Ni-Zr、Cu-Zr、Pd-Zr等;金屬+類金屬型,如Fe-B、N

13、i-P、Ni-B等。反應(yīng)類型主要有加氫、脫氫、異構(gòu)化、電極催化等。近年來(lái),對(duì)M-P、M-B(M=Ni、Co、Fe、Pd、Ru、Pt等等類型的非晶態(tài)合金催化劑對(duì)不飽和化合物的加氫性能研究較多。非晶態(tài)合金的制備及催化性能的研究近年有很大的進(jìn)展,人們相繼制備出許多不同組成的非晶合金NiP、NiB。非晶合金Ni主要用于烯烴、二烯烴、羰基加氫和葡萄糖加氫制山梨醇等。研究表明,粒度為1050nm的非晶態(tài)NiB催化苯加氫時(shí),活性是骨架鎳的40倍,活化能為27kJ/mol。王文靜、嚴(yán)新煥等報(bào)道了Ni-B非晶態(tài)合金催化劑對(duì)鹵代硝基苯液相加氫的催化性能,發(fā)現(xiàn)其催化活性和選擇性顯著優(yōu)于其它Ni基催化劑,表明該催化劑

14、具有潛在的工業(yè)化應(yīng)用前景。采用Ni-B非晶態(tài)合金催化劑可大幅度降低加氫脫鹵,很好地解決了鹵代硝基化合物加氫脫鹵的難題,具有很大的優(yōu)越性。非晶態(tài)合金優(yōu)良的催化活性,可用在電解水及572005年第2期非晶態(tài)合金的優(yōu)異性能及應(yīng)用王翠玲,等燃料電池的電極材料及加氫反應(yīng)的催化劑上。Ni-S或Ni-P非晶態(tài)合金對(duì)氫的析出有催化作用,使氫析出過(guò)電位大幅度降低;同時(shí),Ni-Mo合金的優(yōu)良析氫催化性能也已被人們廣泛研究,目前廣泛認(rèn)為它是一種極為理想的陰極析氫反應(yīng)電極材料。(3貯氫性能儲(chǔ)氫材料的研究源于人類對(duì)于自身可持續(xù)發(fā)展的需要,人們發(fā)現(xiàn)某些非晶態(tài)合金通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以吸收和釋放出氫,可以用作貯氫材料,目前研究較

15、多的是鎂基非晶合金。鎂基儲(chǔ)氫材料以其高儲(chǔ)氫量和價(jià)格便宜引起了人們的廣泛關(guān)注,制備出具有良好的吸放氫熱動(dòng)力學(xué)性能的鎂基儲(chǔ)氫材料,這必將大大加速氫能的大規(guī)模利用的進(jìn)程。應(yīng)用反應(yīng)球磨的方法,王爾德等制備出Mg-Ni-V2O5納米晶復(fù)合儲(chǔ)氫材料,當(dāng)球磨時(shí)間超過(guò)130 h時(shí),部分樣品已呈非晶化狀態(tài);該材料200吸氫量為6.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),在30、12min內(nèi)放氫量達(dá)到了6.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)。!物理性能(1磁學(xué)性能非晶態(tài)合金具有良好的磁學(xué)性能,它具有磁導(dǎo)率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高,矯頑力和損耗低的特點(diǎn)。非晶態(tài)合金的磁性能實(shí)際上是迄今為止非晶態(tài)合金最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。具有高導(dǎo)磁率的非晶態(tài)合金可以代替坡莫合金制作各種電

16、子器件,特別是可彎曲的磁屏蔽。Ni-P 合金當(dāng)其變成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)后失去磁性,因而具有磁遮蔽性能。例如在磁盤(pán)的鋁基板上電鍍Ni-P非晶態(tài)薄膜之后,再在上面添加一層磁記錄材料,底層非晶態(tài)鍍層可起到很好的磁遮蔽作用。早在1977年,美國(guó)一公司就以急冷方法制取23mm寬的非晶態(tài)金屬帶編織的產(chǎn)品作為磁屏蔽材料出售。廉價(jià)的非晶鐵基合金在汽車(chē)部件、軟盤(pán)、磁共振裝置上作為屏蔽正在邁向?qū)嵱没?代替常規(guī)的鐵板和坡莫合金。非晶態(tài)合金的硬度高、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng),而且有良好的頻響特性和穩(wěn)定性,與常用的坡莫合金比較,在相同偏磁電流下,失真度可降低一倍,適合做非晶態(tài)磁頭。上海冶金部鋼鐵研究總院的朱祥賓、東北大學(xué)的王俊健、

17、朱永山開(kāi)展了高Bs非晶磁頭材料、非晶態(tài)錄像磁頭材料、非晶帶材的耐磨性及脆性等的研究。伴隨著非晶態(tài)材料基礎(chǔ)研究、制備工藝和應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的不斷進(jìn)步,各類非晶態(tài)材料已經(jīng)逐步走向?qū)嵱没?。特別是作為軟磁材料的非晶合金帶材已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,并獲得了廣泛應(yīng)用。其中在傳統(tǒng)電力工業(yè)中,非晶軟磁合金帶材正在取代硅鋼,使配電變壓器的空載損耗降低70%以上,從節(jié)能和環(huán)境保護(hù)角度被譽(yù)為綠色材料。據(jù)悉,我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)已配有電變壓器200多萬(wàn)臺(tái),其中30100kVA的小型變壓器占80%以上。由于農(nóng)用變壓器年利用率低,多數(shù)時(shí)間處于空載運(yùn)行狀態(tài),因此,利用非晶軟磁合金做配電變壓器,對(duì)農(nóng)電非常有利。例如,1臺(tái)15kVA的小型配電變

18、壓器24h內(nèi)要消耗322W的電力,若改用非晶態(tài)合金做鐵芯,可以降低一半的電力損耗;用非晶合金做電機(jī)鐵芯,鐵損可降低75%,節(jié)能意義很大。據(jù)專家預(yù)測(cè),在未來(lái)的電子技術(shù)中非晶態(tài)合金占有十分重要的位置,并將成為21世紀(jì)電子元器件的基礎(chǔ),因而被稱為跨世紀(jì)的新型功能材料。(2光學(xué)性能金屬材料的光學(xué)性能受原子的電子狀態(tài)所支配,某些非晶態(tài)金屬由于其特殊的電子狀態(tài)而具有十分優(yōu)異的對(duì)太陽(yáng)光能的吸收能力。所以利用某些非晶態(tài)材料能夠制造出相當(dāng)理想的高效率的太陽(yáng)能吸收器,目前應(yīng)用較多的是非晶態(tài)材料為非晶硅。非晶硅太陽(yáng)能電池就是利用對(duì)太陽(yáng)光能的吸收產(chǎn)生的光電流和光電壓。胡志華,廖顯伯等人報(bào)道了用等離子體增強(qiáng)汽相化學(xué)沉積

19、(PECVD方法在較低襯底溫度(170和適當(dāng)氫稀釋條件下獲得具有光敏性的寬帶隙非晶硅材料,這種材料具有帶隙寬、光敏性好的特點(diǎn)。非晶硅太陽(yáng)電池的應(yīng)用市場(chǎng)有2個(gè)方面:一個(gè)是弱光電池市場(chǎng),如計(jì)算器、手表等熒光下工作的微功耗電子產(chǎn)品;二是電源及功率應(yīng)用領(lǐng)域,如太陽(yáng)能收音機(jī)、太陽(yáng)帽、庭園燈、微波中繼站、航空航海信號(hào)燈、氣象監(jiān)測(cè)及光伏水泵、戶用電源等。非晶硅(-Si在液晶光閥中是作為光電導(dǎo)層在使用,它起著記錄信號(hào)源圖像以控制液晶層電壓的作用,它將接收到的寫(xiě)入信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸∧ぷ杩?即受光照區(qū)的阻抗比未受光照區(qū)的阻抗小,光信號(hào)通67非晶態(tài)合金的優(yōu)異性能及應(yīng)用王翠玲,等2005年第2期過(guò)這種轉(zhuǎn)換阻抗信號(hào)的方式在光

20、電導(dǎo)層中保留下來(lái)。非晶態(tài)合金薄膜還有好的可見(jiàn)光透過(guò)率。馬瑾、黃樹(shù)來(lái)等采用射頻磁控濺射法制備出了高質(zhì)量的ZnO -SnO 2薄膜,薄膜為非晶結(jié)構(gòu),在可見(jiàn)光范圍的平均透過(guò)率達(dá)到了90%。制備的Zn -SnO 2膜具有很好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性,與玻璃襯底有著良好的附著性,是一種新型的透明導(dǎo)電材料。(3其他性能非晶態(tài)材料還有室溫電阻率高和負(fù)的電阻溫度系數(shù)。例如,大多數(shù)非晶態(tài)合金的電阻率比相應(yīng)的晶態(tài)合金高出23倍。許多合金都可用于制備薄膜電阻,尤其是Ni -Cr -P ,Ni -Mo -P 合金,其薄膜具有優(yōu)良的電阻性能。然而化學(xué)鍍獲得的薄膜在高溫、高濕度環(huán)境下缺乏耐久性,因而不太實(shí)用。為了進(jìn)一步改善其性

21、能,應(yīng)使薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的耐熱結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)Ni -Mo -P 合金與Ni -P 合金相比,電阻隨溫度的上升變化不大,直到400,其阻值也沒(méi)有多大變化,因此,該薄膜可作為一種熱穩(wěn)定性高的電阻材料使用。非晶態(tài)合金具有恒定的熱膨脹性能,可以用在鐵鎳合金上。非晶態(tài)合金還具有耐放射損傷性能,在核反應(yīng)爐用部件上得到了廣泛應(yīng)用。非晶態(tài)金屬還具有良好的抗輻射能力,使其在火箭、宇航、核反應(yīng)堆、受控?zé)岷朔磻?yīng)等領(lǐng)域具有特殊的應(yīng)用前景。綜上所述,非晶態(tài)合金強(qiáng)度、硬度高,韌性、耐蝕性好,而且具有好的磁學(xué)、光學(xué)性能,可節(jié)能、少污染,是一種綠色的環(huán)保材料,對(duì)人類的可持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的意義。隨著研究的不斷深入,它的應(yīng)用領(lǐng)

22、域?qū)?huì)不斷擴(kuò)大,對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展將起重要的推動(dòng)作用。參考文獻(xiàn):1胡勇,許明艷,王震宇.非晶態(tài)合金的特性及發(fā)展J .水利電力機(jī)械,2003,25(3:30-31.2王正品,張路,要玉宏.金屬功能材料M .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.3段睿,胡俊海,趙麗萍.非晶態(tài)合金的強(qiáng)化機(jī)理及其應(yīng)用J .吉林電力,2002,(6:42-43.4陸關(guān)興,陳緋,欒英豪.非晶態(tài)合金帶力學(xué)性能的評(píng)價(jià)J .玻璃鋼/復(fù)合材料,1995,(3:28-31.5曹茂盛,徐群.材料合成與制備方法M .哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2001.6王靜.非晶態(tài)合金催化劑最新研究進(jìn)展J .化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2003,1(6:44

23、-47.7劉紅,盧冠忠,胡宏玖.催化劑新材料非晶態(tài)合金的制備及加氫性能J .化學(xué)世界,2002,(7:383-387.作者簡(jiǎn)介:王翠玲(1979-,女,山東濟(jì)寧人,山東科技大學(xué)2002級(jí)在讀研究生,專業(yè):材料學(xué).E -mail :.收稿日期:2004-10-10Excellent Properties and Extensive Applications of Amorphous AlloysWANG Cui-ling 1,WU Yu-ping 2(1.Department of Material Science and Technology ,Sh

24、andong University of Science and Technology ,Qingdao 266510,China ;2.Southeast University ,Nanjing 210096,China Abstract :Amorphous alloys are totally different from crystal metal in the array of atoms.It has no grains and boundary.It is uniphase and has amorphous structure.It has no structural defect like crystal such as boundary of grain ,twin crys-tals ,defect of crystal lattice ,dislocation ,dislocation of layer etc.Its microstructure determines its new features such as high intensity ,high hardness ,good toughness ,corrosion resistance etc.In this article peculiar excelle