非晶態(tài)合金(Amorphous_Alloys)

1、(Amorphous Alloys)l晶體是指原子呈長程有序排列的固體晶體是指原子呈長程有序排列的固體。非晶態(tài)是指原非晶態(tài)是指原子呈長程無序排列的狀態(tài)子呈長程無序排列的狀態(tài)。具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的合金稱具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的合金稱為為非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金(或稱或稱金屬玻璃金屬玻璃)。l通常認(rèn)為，傳統(tǒng)的金屬材料都是以晶態(tài)形式出現(xiàn)的。通常認(rèn)為，傳統(tǒng)的金屬材料都是以晶態(tài)形式出現(xiàn)的。 因此，近些年來因此，近些年來非晶態(tài)非晶態(tài)合金合金的出現(xiàn)引起人們的的出現(xiàn)引起人們的極大興趣，成為金屬材極大興趣，成為金屬材料的一個新領(lǐng)域。料的一個新領(lǐng)域。 Metallic Glass Powder 非晶體非晶體晶體晶體l1934年年

2、德國人克雷默采用蒸發(fā)沉積法制備出非晶態(tài)合金。德國人克雷默采用蒸發(fā)沉積法制備出非晶態(tài)合金。l1950年，布倫納用電沉積法制備出了年，布倫納用電沉積法制備出了NiP非晶態(tài)合金。非晶態(tài)合金。l1960年年，DUWEZ等人從熔融金屬急冷制成了金屬玻璃等人從熔融金屬急冷制成了金屬玻璃并開始進(jìn)行研究。并開始進(jìn)行研究。l1969年年，美國人龐德和馬丁研究了生產(chǎn)非晶態(tài)合金帶材，美國人龐德和馬丁研究了生產(chǎn)非晶態(tài)合金帶材的技術(shù)，為規(guī)模生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。的技術(shù)，為規(guī)模生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。l1976年年，美國聯(lián)信公司生產(chǎn)出，美國聯(lián)信公司生產(chǎn)出10mm寬的非晶態(tài)合金帶寬的非晶態(tài)合金帶材，到材，到1994年已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)

3、年已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)4萬噸的能力。目前美國能萬噸的能力。目前美國能生產(chǎn)出最大寬度達(dá)生產(chǎn)出最大寬度達(dá)217mm的非晶帶材。的非晶帶材。l2000年年9月月20日，在鋼鐵研究總院的非晶帶材生產(chǎn)線上日，在鋼鐵研究總院的非晶帶材生產(chǎn)線上成功地噴出了寬成功地噴出了寬220mm、表面質(zhì)量良好的非晶帶材，它、表面質(zhì)量良好的非晶帶材，它標(biāo)志著我國在該材料的研制和生產(chǎn)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。標(biāo)志著我國在該材料的研制和生產(chǎn)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。 l目前可以目前可以通過熔體急冷而制成的非晶態(tài)合金已有很通過熔體急冷而制成的非晶態(tài)合金已有很多種多種，典型的有，典型的有Fe40Ni40B20、Fe77Si13B10、CoxZr1-x

4、、Zr47Ti8Cu7.5Ni10Be27.5 (塊狀合金塊狀合金)、 Fe80B20等。等。Fe80B20結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)非晶合金帶非晶合金帶l液態(tài)金屬不發(fā)生結(jié)晶的最小冷卻速度稱作臨界冷卻速液態(tài)金屬不發(fā)生結(jié)晶的最小冷卻速度稱作臨界冷卻速度度RC。從理論上講，只要冷速足夠大。從理論上講，只要冷速足夠大(大于大于RC)，所有，所有金屬都可獲得非晶態(tài)。但目前能獲得的最大冷速為金屬都可獲得非晶態(tài)。但目前能獲得的最大冷速為106/秒秒，因此臨界冷速小于，因此臨界冷速小于106/秒的純金屬尚無秒的純金屬尚無法制得非晶態(tài)。熔體法制得非晶態(tài)。熔體在大于臨界冷速冷卻在大于臨界冷速冷卻時原子擴(kuò)散能力顯著時原子擴(kuò)散能力顯

5、著下降，最后被凍結(jié)成下降，最后被凍結(jié)成非晶態(tài)的固體。非晶態(tài)的固體。固化固化溫度溫度Tg稱稱玻璃化溫度玻璃化溫度.非晶非晶CCT曲線曲線l體積、熱焓、熵在體積、熱焓、熵在Tg處連續(xù)，處連續(xù)，但斜率發(fā)生變化；但斜率發(fā)生變化；l比熱和熱膨脹系數(shù)在比熱和熱膨脹系數(shù)在Tg處不處不連續(xù)。連續(xù)。lTg與冷與冷速有關(guān)速有關(guān),冷速越冷速越快，快，Tg越高。越高。l非晶態(tài)形成條件非晶態(tài)形成條件:l冷卻速度：冷卻速度：利用金屬和合金非晶態(tài)形成的利用金屬和合金非晶態(tài)形成的TTT曲線曲線或或CCT曲線曲線可估算或確定可估算或確定 RC：RC =(Tm-Tn)/tn（Tm為熔為熔點(diǎn)，點(diǎn)，Tn 、 tn分別為分別為C曲線鼻

6、尖所對應(yīng)的溫度和時間）曲線鼻尖所對應(yīng)的溫度和時間）l化學(xué)成分：化學(xué)成分：組元間電負(fù)性與原子尺寸相差越大組元間電負(fù)性與原子尺寸相差越大(10% 20%), 越容易形成非晶態(tài)。越容易形成非晶態(tài)。因而因而過度族金屬或貴金屬過度族金屬或貴金屬與類金屬與類金屬 (B、C、N、Si、P)、稀土金屬與過度族金屬稀土金屬與過度族金屬、后后過度族金屬與前過度族金屬組成的合金易于形成非晶過度族金屬與前過度族金屬組成的合金易于形成非晶.Al-Y-M合金合金非晶形成的成非晶形成的成分范圍分范圍Al-Y相圖相圖l熔點(diǎn)和玻璃化溫度之差熔點(diǎn)和玻璃化溫度之差 T ： T =Tm-Tg ， T越小，越小， 形成非晶傾向越大。形

7、成非晶傾向越大。 因而，因而，成分位于共晶成分位于共晶點(diǎn)附近的合金易于形點(diǎn)附近的合金易于形成非晶成非晶.l*說明：說明：右圖中橫坐標(biāo)右圖中橫坐標(biāo)為為A、B兩組元電負(fù)性兩組元電負(fù)性差的絕對值；縱坐標(biāo)差的絕對值；縱坐標(biāo)為為A、B原子因極化作原子因極化作用而引起的效應(yīng)。用而引起的效應(yīng)。l1、氣態(tài)急冷法：、氣態(tài)急冷法：l氣態(tài)急冷法一般稱為氣態(tài)急冷法一般稱為氣相沉積法氣相沉積法(PVD和和CVD)，PVD主要包括主要包括濺濺射法射法和和蒸發(fā)法蒸發(fā)法，這兩種方法都在，這兩種方法都在真空中進(jìn)行。真空中進(jìn)行。l濺射法濺射法是通過在電場中加速的粒是通過在電場中加速的粒子轟擊用母材制成的靶（陰極子轟擊用母材制成的

8、靶（陰極)，使被激發(fā)的物質(zhì)脫離母材而沉積使被激發(fā)的物質(zhì)脫離母材而沉積在用液氮冷卻的基板表面上而形在用液氮冷卻的基板表面上而形成非晶態(tài)薄膜。成非晶態(tài)薄膜。 磁控濺射非晶合金薄膜磁控濺射非晶合金薄膜l發(fā)蒸法發(fā)蒸法是將合金母材加熱汽化，所產(chǎn)生的蒸汽沉積是將合金母材加熱汽化，所產(chǎn)生的蒸汽沉積在冷卻的基板上而形成非晶薄膜。這兩種方法制得在冷卻的基板上而形成非晶薄膜。這兩種方法制得的非晶材料只能是小片的薄膜，不能進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的非晶材料只能是小片的薄膜，不能進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn),但由于其可制成非晶范圍較寬，因而可用于研究。但由于其可制成非晶范圍較寬，因而可用于研究。物理氣相沉積設(shè)備物理氣相沉積設(shè)備l2、熔體態(tài)急冷法

9、：、熔體態(tài)急冷法：l目前最常用的液態(tài)急冷法是目前最常用的液態(tài)急冷法是旋輥急冷法旋輥急冷法，分為單輥，分為單輥法和雙輥法。單輥法是將試塊放入石英坩堝中，在法和雙輥法。單輥法是將試塊放入石英坩堝中，在氬氣保護(hù)下用高頻感應(yīng)加熱使其熔化，再用氣壓將氬氣保護(hù)下用高頻感應(yīng)加熱使其熔化，再用氣壓將熔融金屬從管底部的扁平口噴出，落在高速旋轉(zhuǎn)的熔融金屬從管底部的扁平口噴出，落在高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪上，經(jīng)過急冷立即形成很薄的非晶帶。銅輥輪上，經(jīng)過急冷立即形成很薄的非晶帶。 鐵基鐵基鐵鎳基鐵鎳基l離心法和單輥法由于單面接觸冷離心法和單輥法由于單面接觸冷卻，尺寸精度和表面光潔度不理卻，尺寸精度和表面光潔度不理想，但產(chǎn)品寬

10、度可達(dá)想，但產(chǎn)品寬度可達(dá)10mm以上，以上，長度可達(dá)長度可達(dá)100m以上；雙輥法尺寸以上；雙輥法尺寸精度好，但調(diào)節(jié)比較困難，只能精度好，但調(diào)節(jié)比較困難，只能制作寬度在制作寬度在10mm以下的薄帶。以下的薄帶。非晶態(tài)合金生產(chǎn)線示意圖非晶態(tài)合金生產(chǎn)線示意圖澆注機(jī)澆注機(jī)測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)卷帶機(jī)卷帶機(jī)非晶合金非晶合金絲材內(nèi)圓水紡制備過程絲材內(nèi)圓水紡制備過程水水Microstructure of as spun ribbons 48Ni(Cu)-36,5Zr(Ti)-10Si-5All3、非晶態(tài)合金塊材制備方法、非晶態(tài)合金塊材制備方法l大塊非晶合金主要通過調(diào)整成分來獲得強(qiáng)的非晶形成大塊非晶合金主要通過調(diào)整

11、成分來獲得強(qiáng)的非晶形成能力。能力。Inoue 等人提出了三條簡單的經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律：等人提出了三條簡單的經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律：l為了控制冷卻過程中的非均勻?yàn)榱丝刂评鋮s過程中的非均勻形核：形核：一要提高合金的純度，一要提高合金的純度，減少雜質(zhì)；二要采用高純惰性減少雜質(zhì)；二要采用高純惰性氣體保護(hù)，盡量減少含氧量。氣體保護(hù)，盡量減少含氧量。l合金系由三個以上組元組成；合金系由三個以上組元組成；l主要組元的原子有主要組元的原子有12%以上的原子尺寸差；以上的原子尺寸差；l各組元間有大的負(fù)混合熱各組元間有大的負(fù)混合熱；l可從圖中可從圖中對比結(jié)晶和非晶的形成過程對比結(jié)晶和非晶的形成過程。晶體的生長過。晶體的生長過程一般是

12、程一般是ABE，非晶形成過程是，非晶形成過程是ABC。圖中。圖中D 表示非晶的晶化。為了制備非晶合金，必須抑制過表示非晶的晶化。為了制備非晶合金，必須抑制過程程E、D 的發(fā)生。的發(fā)生。l典型塊狀非晶合金：典型塊狀非晶合金： Zr65Al7.5Cu17.5Ni10 Zr47Ti8Cu7.5Ni10Be27.5 Pd40Ni10Cu30P20合金系合金系最大厚度最大厚度/mm臨界冷速臨界冷速RC/KS-1發(fā)現(xiàn)年代發(fā)現(xiàn)年代非非鐵鐵磁磁性性Mg-Ln-M(Ln鑭系鑭系,MCu,Ni,Zn) 10 2001988Ln-Al-TM(TM過渡族金屬過渡族金屬) 10 2001989Ln-Ga-TM1989Z

13、r-Al-TM 301101990Zr-Ti-Al-TM1990Ti-Zr-TM1993Zr-Ti-TM-Be 30151993Zr-(Nb,Pd)-Al-TM1995Pd-Cu-Ni-P 750.131996Pd-Ni-Fe-P1996Pd-Cu-B-Si1997Ti-Ni-Cu-Sn1998鐵鐵磁磁性性Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge) 3 4001995Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)1995Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)1996Fe-(Zr,Hf,Nb)-(B) 61996Co-Fe-(Zr,Hf,Nb)-B1996Ni-(Zr,Hf,Nb)

14、-(Cr,Mo)-B1996Fe-Co-Ln-B1998Fe-(Nb,Cr,Mo)-(P,C,B)1999Ni-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)1999l大塊非晶合金的主大塊非晶合金的主要制備方法：要制備方法：l熔體水淬法：熔體水淬法：此此方法是將試樣用低方法是將試樣用低熔點(diǎn)氧化物熔點(diǎn)氧化物(如如B2O3) 包裹起來，在石英包裹起來，在石英管中感應(yīng)加熱熔化管中感應(yīng)加熱熔化,最后淬入水中得到最后淬入水中得到非晶態(tài)合金試樣。非晶態(tài)合金試樣。水淬塊狀非晶合金制品水淬塊狀非晶合金制品l金屬模鑄造法金屬模鑄造法 將高純元素在氬保下熔融混合后澆將高純元素在氬保下熔融混合后澆注到銅模中。具體工藝可分為注到銅

15、模中。具體工藝可分為射流成型、高壓鑄造、射流成型、高壓鑄造、吸鑄吸鑄等。等。l此外還有此外還有懸浮熔煉法、落管技術(shù)法、單向區(qū)域熔煉懸浮熔煉法、落管技術(shù)法、單向區(qū)域熔煉法、高壓復(fù)合法法、高壓復(fù)合法等。等。大塊非晶試樣制備裝置大塊非晶試樣制備裝置大塊非晶試棒大塊非晶試棒Zr-Ti-Cu-Ni-Al合金合金Mg合金合金Zr56.3Ti13.8Cu6.9Ni5.6Nb5.0Be12.5塊狀非晶合金的塊狀非晶合金的TEM形貌形貌非晶中的切變帶非晶中的切變帶含有晶相的復(fù)相組織含有晶相的復(fù)相組織l非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)相似，原子排列沒非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)相似，原子排列沒有長程的對稱性和周期

16、性有長程的對稱性和周期性，這已為，這已為X衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí),非晶體在透射電鏡下的非晶體在透射電鏡下的衍射花樣由較寬的暈和衍射花樣由較寬的暈和彌散環(huán)組成。彌散環(huán)組成。在非晶態(tài)在非晶態(tài)合金中，沒有晶界、位合金中，沒有晶界、位錯等晶態(tài)合金所特有的錯等晶態(tài)合金所特有的晶格缺陷。晶格缺陷。非晶合金衍射花樣非晶合金衍射花樣DSC曲線曲線XRD曲線曲線DSC示差掃描量熱；示差掃描量熱；XRDX-射線衍射射線衍射l1、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的描述方法、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的描述方法l與晶態(tài)相比，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是與晶態(tài)相比，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一種無序結(jié)構(gòu)，但不象氣體一種無序結(jié)構(gòu)，但不象氣體那樣原子排列完全沒有規(guī)則那樣原子排列完全沒

17、有規(guī)則,而存在短程有序。而存在短程有序。l描述非晶態(tài)結(jié)構(gòu)目前通用的方法是統(tǒng)計(jì)方法，即在描述非晶態(tài)結(jié)構(gòu)目前通用的方法是統(tǒng)計(jì)方法，即在非晶態(tài)材料中以任一原子為中心，在和它相距為非晶態(tài)材料中以任一原子為中心，在和它相距為r+dr的球殼中發(fā)現(xiàn)另一的球殼中發(fā)現(xiàn)另一 個原子的幾率為：個原子的幾率為： drrrgVNrJ24)()( VN式中，式中， J(r)為徑向分布為徑向分布函數(shù)函數(shù)RDF； 為單位為單位體積中的原子數(shù)；體積中的原子數(shù)；g(r)為雙體相關(guān)函數(shù)。為雙體相關(guān)函數(shù)。 徑向分布函徑向分布函數(shù)示意圖數(shù)示意圖g(r)lRDF或或 g(r)可以在一定程度上反映非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)可以在一定程度上反映非晶態(tài)結(jié)

18、構(gòu)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。計(jì)性質(zhì)。比較氣態(tài)、非晶態(tài)和晶態(tài)的雙體相關(guān)函數(shù)比較氣態(tài)、非晶態(tài)和晶態(tài)的雙體相關(guān)函數(shù)可以看出，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與液態(tài)非常接近，存在一定可以看出，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與液態(tài)非常接近，存在一定的短程有序，而與氣態(tài)和晶態(tài)則差別顯著的短程有序，而與氣態(tài)和晶態(tài)則差別顯著。RDF和和g(r)可通過可通過X射線衍射確定射線衍射確定, 但它給出的僅是有關(guān)結(jié)但它給出的僅是有關(guān)結(jié)構(gòu)的一維信息，不能給出結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)構(gòu)的一維信息，不能給出結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)。 氣體、液體、固體的原子分布函數(shù)氣體、液體、固體的原子分布函數(shù)l2、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型l在描述非晶材料結(jié)構(gòu)的模型中在描述非晶材料結(jié)構(gòu)的模型中(如如微晶微晶、隨

19、機(jī)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、硬球無硬球無規(guī)密堆規(guī)密堆等等)，多數(shù)人共認(rèn)的是，多數(shù)人共認(rèn)的是硬球無規(guī)密堆模型硬球無規(guī)密堆模型，該模型把該模型把原子假設(shè)為不可壓縮的硬球，原子假設(shè)為不可壓縮的硬球，均勻、連續(xù)、無規(guī)地堆積，結(jié)均勻、連續(xù)、無規(guī)地堆積，結(jié)構(gòu)中沒有容納另一硬球的空間構(gòu)中沒有容納另一硬球的空間.這種模型的徑向分布函數(shù)與實(shí)這種模型的徑向分布函數(shù)與實(shí)測結(jié)果符合較好測結(jié)果符合較好。現(xiàn)有各種?，F(xiàn)有各種模型都存在不足型都存在不足。 晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)晶體與非晶體的晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)非晶體非晶體晶體晶體Computer simulation of the disordered atomic structure

20、 of a three-component metallic glassl從液態(tài)金屬冷卻凝固過程中粘度和體積的變化見，當(dāng)從液態(tài)金屬冷卻凝固過程中粘度和體積的變化見，當(dāng)液體以大于液體以大于RC速度冷卻時，其粘度逐漸增大，溫度達(dá)速度冷卻時，其粘度逐漸增大，溫度達(dá)到到Tg時凝固為非晶態(tài)固體，其體積大于同條件的晶體時凝固為非晶態(tài)固體，其體積大于同條件的晶體.液體急冷液體急冷非晶化時非晶化時粘度、體粘度、體積的變化積的變化 體積體積大大粘性粘性小小液體液體過冷液體過冷液體液體液體晶體晶體晶體晶體過冷液體過冷液體液體液體固體固體非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體溫度溫度l非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一種亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，加

21、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一種亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，加熱到熱到Tg以上時，其粘度下降，原以上時，其粘度下降，原子擴(kuò)散能力增大，在一定溫度下子擴(kuò)散能力增大，在一定溫度下(通常為通常為400900)發(fā)生晶化而發(fā)生晶化而失去非晶態(tài)結(jié)構(gòu)失去非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。通常晶化溫度。通常晶化溫度Tx要比要比Tg高幾十度。高幾十度。Tx-Tg的值的值越大，非晶態(tài)的穩(wěn)定性越高越大，非晶態(tài)的穩(wěn)定性越高。 Die casting of Metallic Glass can make highly precise parts l1、力學(xué)性能、力學(xué)性能l非晶態(tài)合金力學(xué)性能的特點(diǎn)是具有高的強(qiáng)度和硬度。非晶態(tài)合金力學(xué)性能的特點(diǎn)是具有高的強(qiáng)度和硬度。例如非晶態(tài)鋁

22、合金的抗拉強(qiáng)度例如非晶態(tài)鋁合金的抗拉強(qiáng)度(1140MPa)是超硬鋁抗是超硬鋁抗拉強(qiáng)度拉強(qiáng)度(520MPa)的兩倍。非晶態(tài)合金的兩倍。非晶態(tài)合金Fe80B20抗拉強(qiáng)抗拉強(qiáng)度達(dá)度達(dá)3630MPa，而晶態(tài)超高強(qiáng)度鋼的抗拉強(qiáng)度僅為，而晶態(tài)超高強(qiáng)度鋼的抗拉強(qiáng)度僅為 18202000MPa，可見非晶態(tài)合金的強(qiáng)度遠(yuǎn)非合金鋼，可見非晶態(tài)合金的強(qiáng)度遠(yuǎn)非合金鋼所及。所及。非晶態(tài)合金強(qiáng)度高的原因是由于其結(jié)構(gòu)中不存非晶態(tài)合金強(qiáng)度高的原因是由于其結(jié)構(gòu)中不存在位錯，沒有晶體那樣的滑移面，因而不易發(fā)生滑移在位錯，沒有晶體那樣的滑移面，因而不易發(fā)生滑移. 比強(qiáng)度比強(qiáng)度屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度l晶體受到剪切應(yīng)力時，會以位錯為媒介在特定

23、晶面上晶體受到剪切應(yīng)力時，會以位錯為媒介在特定晶面上 滑移，而滑移，而非晶合金的非晶合金的原子排列是無序的，原子排列是無序的，有很高的自由體積，有很高的自由體積，外力作用時，可重新外力作用時，可重新排列形成另一穩(wěn)定的排列形成另一穩(wěn)定的組態(tài)組態(tài)，因而，因而非晶態(tài)合非晶態(tài)合金屈服時呈整體屈服金屈服時呈整體屈服而不是局部屈服而不是局部屈服，具，具有很高的屈服強(qiáng)度。有很高的屈服強(qiáng)度。 Deformation characteristics of metallic glassPlastic deformationSEM image of shear steps formed by the propaga

24、tion of highly localized shear bands during rolling of a bulk metallic glass specimen.SEM image of a tensile failure surface produced at a high strain rate. The smeared voids and droplets are indicative of the significant material softening and viscous flow within the shear band.合金合金 硬度硬度HV斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度M

25、Pa延伸率延伸率%彈性模量彈性模量MPa非非晶晶態(tài)態(tài)合合金金 Pd83Fe7Si10401818600.166640Cu57Zr43529219600.174480Co75Si15B10891830000.253900Fe80P13C7744830400.03121520Ni75Si81478400晶態(tài)晶態(tài) 18Ni-9Co-5Mo 181021301012 l非晶態(tài)合金延伸率低但并不脆，非晶態(tài)合金延伸率低但并不脆，而且具有很高的韌性而且具有很高的韌性，非晶薄帶，非晶薄帶可以反復(fù)彎曲可以反復(fù)彎曲180而不斷裂，并而不斷裂，并可以冷軋，有些合金的冷軋壓下可以冷軋，有些合

26、金的冷軋壓下率可達(dá)率可達(dá)50%。 非晶合金的脆性斷裂非晶合金的脆性斷裂非晶合金的韌性斷裂非晶合金的韌性斷裂各種合金彈性應(yīng)變極限比較各種合金彈性應(yīng)變極限比較l2、耐蝕性、耐蝕性l非晶態(tài)合金具有很強(qiáng)的耐腐非晶態(tài)合金具有很強(qiáng)的耐腐蝕能力。蝕能力。不銹鋼在含有氯離不銹鋼在含有氯離子的溶液中，易發(fā)生點(diǎn)腐蝕、子的溶液中，易發(fā)生點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕，甚至應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕，甚至應(yīng)力腐蝕和氫脆。而非晶態(tài)的氫脆。而非晶態(tài)的Fe-Cr合金可以彌補(bǔ)不銹鋼的這些合金可以彌補(bǔ)不銹鋼的這些不足。含不足。含8%Cr的鐵基非晶態(tài)合金在各種介質(zhì)中都的鐵基非晶態(tài)合金在各種介質(zhì)中都顯示出其優(yōu)越的抗蝕特性，如在顯示出其優(yōu)越的抗蝕特性，如

27、在1mol的鹽酸溶液中，的鹽酸溶液中，在在30下浸泡下浸泡168小時后，小時后，F(xiàn)e70Cr10P13C7和和Fe65Cr10Ni5P13C7非晶態(tài)合金的腐蝕速度為零，而非晶態(tài)合金的腐蝕速度為零，而晶態(tài)的晶態(tài)的18-8不銹鋼腐蝕速率則為不銹鋼腐蝕速率則為10mm/年。年。非晶鋁合金在非晶鋁合金在1M HCl中的動電位極化曲線中的動電位極化曲線富富CrCr、CuCu非晶層非晶層試樣試樣腐蝕速率腐蝕速率/mma-14060晶態(tài)不銹鋼晶態(tài)不銹鋼 18Cr-8Ni 17Cr-14Ni-2.5Mo非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金 Fe72Cr8P13C7 Fe70Cr10P13C7 Fe65Cr10Ni5P13C7

28、17.750.00000.0000120.029.240.00000.00000.0000l影響非晶態(tài)合金耐蝕性的重要因素是合金成分影響非晶態(tài)合金耐蝕性的重要因素是合金成分。lCr對改善非晶態(tài)合金的耐蝕性非常顯著對改善非晶態(tài)合金的耐蝕性非常顯著，此外還有，此外還有P.l非晶態(tài)合金耐蝕性好的主要原因是能迅速形成致密、非晶態(tài)合金耐蝕性好的主要原因是能迅速形成致密、均勻、穩(wěn)定的高純度均勻、穩(wěn)定的高純度Cr2O3鈍化膜。鈍化膜。此外，非晶態(tài)合此外，非晶態(tài)合金組織結(jié)構(gòu)均勻，不存在晶界、位錯、成分偏析等腐金組織結(jié)構(gòu)均勻，不存在晶界、位錯、成分偏析等腐蝕形核部位，不易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。蝕形核部位，不易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 晶

29、體晶體非晶非晶l3、電性能、電性能l與晶態(tài)合金相比，非晶態(tài)合金的電阻率顯著增高與晶態(tài)合金相比，非晶態(tài)合金的電阻率顯著增高(23倍倍)，例如非晶態(tài)的，例如非晶態(tài)的Cu0.6Zr0.4合金的電阻率可合金的電阻率可達(dá)達(dá)350cm，而晶態(tài)，而晶態(tài)高電阻合金的電阻率高電阻合金的電阻率僅為僅為100cm左右。左右。這是由于非晶態(tài)合金這是由于非晶態(tài)合金原子的無序排列而導(dǎo)原子的無序排列而導(dǎo)致電子的附加散射所致電子的附加散射所致。致。 小小。多數(shù)非晶態(tài)合。多數(shù)非晶態(tài)合金具有負(fù)的電阻溫金具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，即隨溫度度系數(shù)，即隨溫度升高電阻率連續(xù)下升高電阻率連續(xù)下降。溫度系數(shù)為零降。溫度系數(shù)為零的非晶態(tài)合金在一的

30、非晶態(tài)合金在一些儀表測量中具有些儀表測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。廣闊的應(yīng)用前景。 l非晶態(tài)合金的電阻溫度系數(shù)（非晶態(tài)合金的電阻溫度系數(shù)（ ）比晶態(tài)合金的）比晶態(tài)合金的dTd 1Zr48Nb8Cu12Fe8Be24非晶合金電阻隨溫度變化非晶合金電阻隨溫度變化l4、軟磁性、軟磁性l非晶態(tài)合金磁性材料具有高導(dǎo)磁率、高磁感、低鐵損非晶態(tài)合金磁性材料具有高導(dǎo)磁率、高磁感、低鐵損和低矯頑力等特性，而且無磁各向異性和低矯頑力等特性，而且無磁各向異性。這是由于。這是由于非非晶態(tài)合金中沒有晶界、位錯及堆垛層錯等釘扎磁疇壁晶態(tài)合金中沒有晶界、位錯及堆垛層錯等釘扎磁疇壁的缺陷的缺陷。 不同磁性材料的磁性相比不同磁性材

31、料的磁性相比 晶態(tài)與非晶態(tài)與非晶合金的晶合金的磁滯回線磁滯回線l5、其他性能、其他性能l非晶態(tài)合金還具有好的非晶態(tài)合金還具有好的催化特性催化特性，高的吸氫能力高的吸氫能力，超超導(dǎo)電性導(dǎo)電性，低居里溫度等特性低居里溫度等特性。在這些領(lǐng)域有著廣闊的。在這些領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)用前景。 非晶非晶Zr27Ti9Ni38V5Mn16Cr5合金的吸氫行為及其合金的吸氫行為及其SEM形貌形貌lThe properties of Amorphous alloys suitable for the defense applications are: lHigh Yield StrengthlUnique

32、Acoustical PropertieslHigh HardnesslLow Melting TemperaturelHigh Strength to Weight RatiolNet-shape CastinglSuperior Elastic LimitlFabrication Process Similar to PlasticslHigh Corrosion Resistance lNon-MagneticlHigh Wear-Resistancel1. 利用非晶態(tài)合金的高強(qiáng)度、高韌性、以及工藝上可利用非晶態(tài)合金的高強(qiáng)度、高韌性、以及工藝上可以制成條帶或薄片，目前已用它來以制成條帶或

33、薄片，目前已用它來制作輪胎、傳送帶、制作輪胎、傳送帶、水泥制品及高壓管道的增強(qiáng)纖維。還可用來制作各種水泥制品及高壓管道的增強(qiáng)纖維。還可用來制作各種切削刀具和保安刀片切削刀具和保安刀片。 FeBSi非晶合金條帶非晶合金條帶l用非晶態(tài)合金纖維代替硼纖維和用非晶態(tài)合金纖維代替硼纖維和碳纖維制造復(fù)合材料，可進(jìn)一步碳纖維制造復(fù)合材料，可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的適應(yīng)性。提高復(fù)合材料的適應(yīng)性。硼纖維硼纖維非晶金非晶金屬纖維屬纖維法國地下隧道內(nèi)襯使用非晶法國地下隧道內(nèi)襯使用非晶金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合材料金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 裝孔附近易產(chǎn)生裂紋，而非晶態(tài)裝孔附近易產(chǎn)生裂紋，而非晶態(tài)合金強(qiáng)度高，且具有塑性變形能合金強(qiáng)度高，

34、且具有塑性變形能力，可阻止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。力，可阻止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。非晶態(tài)合金纖維正在用于非晶態(tài)合金纖維正在用于飛機(jī)構(gòu)飛機(jī)構(gòu)架和發(fā)動機(jī)元件架和發(fā)動機(jī)元件的研制中。的研制中。 和碳纖維復(fù)和碳纖維復(fù)合材料在安合材料在安Precision MicrogearHigh Performance Diaphragms for Pressure Sensorsl鋯基鋯基大塊非晶態(tài)合金用于桿狀動能穿甲彈大塊非晶態(tài)合金用于桿狀動能穿甲彈, 以替代對以替代對環(huán)境有重大污染的貧鈾彈，引起軍方的極大興趣。這環(huán)境有重大污染的貧鈾彈，引起軍方的極大興趣。這種新的結(jié)構(gòu)材料密度高種新的結(jié)構(gòu)材料密度高(約約14g/cm3)

35、、屈服強(qiáng)度高、屈服強(qiáng)度高(約約2GPa), 變形時不發(fā)生加工硬化現(xiàn)象變形時不發(fā)生加工硬化現(xiàn)象, 加上塊體非晶態(tài)加上塊體非晶態(tài)合金的高絕熱剪切敏感性，其穿甲能力已超過了鎢合合金的高絕熱剪切敏感性，其穿甲能力已超過了鎢合金穿甲彈，并且有可能超過和達(dá)到貧鈾彈的穿甲水平金穿甲彈，并且有可能超過和達(dá)到貧鈾彈的穿甲水平.lKinetic Energy Penetrator (KEP) rod, the key component of the highly effective armor piercing ammunition system, currently utilizes Depleted Ura

36、nium (DU). Ballistic tests conducted by the Army have proven that the amorphous tungsten composite KEP exhibits self-sharpening similar to the DU KEP. l近年來，信息通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速近年來，信息通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,研發(fā)低輻射、超薄、小巧、輕便、研發(fā)低輻射、超薄、小巧、輕便、功能強(qiáng)大的電子產(chǎn)品和移動電話功能強(qiáng)大的電子產(chǎn)品和移動電話成為各個企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。非晶成為各個企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。非晶態(tài)合金比強(qiáng)度高，可以像塑料一態(tài)合金比強(qiáng)度高，可以像塑料一樣易成形，

37、適合于樣易成形，適合于制作電子產(chǎn)品制作電子產(chǎn)品殼體殼體?？梢灾苽涑?、小巧、輕?？梢灾苽涑　⑿∏?、輕便、結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固、功能更強(qiáng)大的便、結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固、功能更強(qiáng)大的3C產(chǎn)品，是替代鎂合金、鋁合金產(chǎn)品，是替代鎂合金、鋁合金和鈦合金的理想材料。和鈦合金的理想材料。l在在醫(yī)療器械醫(yī)療器械領(lǐng)域，領(lǐng)域，大塊非晶態(tài)合金大塊非晶態(tài)合金制造的手術(shù)刀異常鋒利、刀口不易制造的手術(shù)刀異常鋒利、刀口不易鈍化、性能穩(wěn)定、使用壽命長。在鈍化、性能穩(wěn)定、使用壽命長。在整形外科整形外科領(lǐng)域領(lǐng)域，非晶態(tài)合金被用來非晶態(tài)合金被用來制造耐磨、耐蝕、高強(qiáng)度的人造關(guān)制造耐磨、耐蝕、高強(qiáng)度的人造關(guān)節(jié)和接骨板等。節(jié)和接骨板等。lLiquidme

38、tal alloys can yield surgical blades that are: lSharper than steel lLess expensive than diamond lLower edge degradation with use lLonger lasting blades that provide more consistency in usel體育休閑用品體育休閑用品：大塊非晶態(tài)合金最早大塊非晶態(tài)合金最早用來制造高爾夫球桿的桿頭用來制造高爾夫球桿的桿頭。近幾年近幾年,非晶態(tài)合金還在滑雪橇、棒球球棒、非晶態(tài)合金還在滑雪橇、棒球球棒、溜冰鞋、網(wǎng)球球拍、自行車和水中呼

39、溜冰鞋、網(wǎng)球球拍、自行車和水中呼吸器等產(chǎn)品方面有應(yīng)用。吸器等產(chǎn)品方面有應(yīng)用。lGolf Clubs lTennis Rackets lBaseball and Softball Bats lSkis and Snowboards lKnives lBicycles lScuba Gear lGuns and Gun Equipment lFishing Equipment lMarine ApplicationsGolf-club headslYou can hit a golf ball farther with this driver because its head is made of

40、 an aluminum-based amorphous alloy.lLiquidmetal putters have a soft feel when striking the ball, which the makers claim provides players with improved touch on putting greens.Golf club with face plate of metallic glass.l空間工程材料空間工程材料：由于性能非常越，大塊非晶態(tài)合金被：由于性能非常越，大塊非晶態(tài)合金被認(rèn)為是未來幾種太空設(shè)備的候選材料。美國第一艘采認(rèn)為是未來幾種太空設(shè)備

41、的候選材料。美國第一艘采集太陽風(fēng)樣品的起源號太空飛船，采集的關(guān)鍵部件集太陽風(fēng)樣品的起源號太空飛船，采集的關(guān)鍵部件太陽風(fēng)采集瓦，就是用太陽風(fēng)采集瓦，就是用 鋯基大塊非晶態(tài)合金制造的。鋯基大塊非晶態(tài)合金制造的。l2. 非晶態(tài)的鐵合金是極好的軟磁材料，它容易磁化和非晶態(tài)的鐵合金是極好的軟磁材料，它容易磁化和退磁，比普通的晶體磁性材料導(dǎo)磁率高、損耗小，電退磁，比普通的晶體磁性材料導(dǎo)磁率高、損耗小，電阻率大阻率大。這類合金主要作為變壓器及電動機(jī)的。這類合金主要作為變壓器及電動機(jī)的鐵芯材鐵芯材料料(如如Fe81B13Si15C1)、磁頭材料磁頭材料(如如Fe5Co70Si15B10),由于磁損耗很低，用非

42、晶態(tài)磁性由于磁損耗很低，用非晶態(tài)磁性材料代替硅鋼片制作變壓器，可材料代替硅鋼片制作變壓器，可節(jié)約大量電能。節(jié)約大量電能。非晶態(tài)合金磁性非晶態(tài)合金磁性材料除了不能在高溫下使用外，材料除了不能在高溫下使用外，幾乎所有磁性應(yīng)用范圍內(nèi)均可使幾乎所有磁性應(yīng)用范圍內(nèi)均可使用。用。 非晶合金鐵芯變壓器非晶合金鐵芯變壓器lTransformers connected to a power source cause loss at all times. Amorphous metals greatly contribute to the reduction of this no-load loss. The transformer application represents the biggest area for amorphous metals.配電變壓器鐵芯配電變壓器鐵芯非晶電抗器鐵芯非晶電抗器鐵芯非晶磁放大器鐵芯非晶磁放大器鐵芯非晶扼流線圈非晶扼流線圈非晶互感器鐵芯非晶互感器鐵芯l非晶態(tài)磁性材料還可以做非晶態(tài)磁性材料還可以做磁屏蔽件磁屏蔽件、小型鐵芯小型鐵芯、磁分磁分離器離器等小型部件等小型部件。l3. 非晶態(tài)合金耐腐蝕，特別是在氯化物和硫酸鹽中非晶態(tài)合金耐腐蝕，特別是在氯化物