功能金屬材料第七章非晶態(tài)合金課件

第七章非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金的分類非晶態(tài)金屬的發(fā)展歷史非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用一、非晶態(tài)金屬合金的分類非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金統(tǒng)稱為“金屬玻璃”。以極高的速度使熔融狀態(tài)的合金冷卻，凝固后的合金呈玻璃態(tài)，即長程無序狀態(tài)。可分為兩大類：（1）金屬＋金屬型非晶態(tài)合金這類非晶態(tài)合金主要是含Zr（2）金屬＋類金屬型非晶態(tài)合金這類非晶態(tài)合金主要是由過渡金屬與B或和P等類金屬組成的二元或三元，甚至多元的非晶態(tài)合金二、非晶態(tài)金屬的發(fā)展歷史非晶態(tài)合金1、非晶態(tài)金屬的發(fā)展簡史2、我國非晶態(tài)金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀1934年德國人克雷默采用蒸發(fā)沉積法首先發(fā)現(xiàn)了附著在玻璃冷基底上的非晶態(tài)金屬膜1959～1960年間真正標(biāo)志著非晶態(tài)金屬的誕生1960年提出非經(jīng)態(tài)金屬具有鐵磁性，1965年被證實1971年非晶態(tài)合金首次進(jìn)入市場1980年非晶態(tài)金屬作為催化劑開展了大量研究三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金(2)均勻性

顯著特點一層含義：結(jié)構(gòu)均勻、各向同性，它是單相無定形結(jié)構(gòu)，沒有象晶體那樣的結(jié)構(gòu)缺陷，如晶界、孿晶、晶格缺陷、位錯、層錯等。二層含義：成分均勻性。在非晶態(tài)金屬形成過程中，無晶體那樣的異相、析出物、偏析以及其他成分起伏（3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性體系自由能較高，有轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的傾向2、非晶態(tài)金屬結(jié)構(gòu)模型（1）微晶模型三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金（2）拓?fù)錈o序模型認(rèn)為非晶態(tài)材料是由“晶?！狈浅＜?xì)小的微晶粒組成。微晶模型用于描述非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中原子排列情況還存在許多問題，使人們逐漸對其持否定態(tài)度。該模型認(rèn)為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的主要特征是原子排列的混亂和隨機(jī)性，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的無序性，而把短程有序看作是無規(guī)堆積時附帶產(chǎn)生的結(jié)果。

三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金7.2非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型此模型對于描述非晶態(tài)材料的真實結(jié)構(gòu)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠準(zhǔn)確。但目前用其解釋非晶態(tài)材料的某些特性如彈性，磁性等，還是取得了一定的成功。四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金比熱容溫度Tg

Tm液體過冷液體玻璃態(tài)晶態(tài)7-3液態(tài)金屬凝固時比熱容的變化對純金屬而言，臨界冷速一般為108

K/s,而合金106

K/s四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金2、非晶態(tài)金屬的制備方法制備原理：使液態(tài)金屬以大于臨界冷卻速度急速冷卻，使結(jié)晶過程受阻而形成非晶態(tài)；將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)保存下來冷卻到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度以下而不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。（1）驟冷法基本原理：先將金屬或合金加熱熔融成液態(tài)，然后通過各種不同的途徑使它們以105～108

K/s的高速冷卻，致使液態(tài)金屬的無序結(jié)構(gòu)得以保存下來而形成非晶態(tài)。采用此法制備的非晶態(tài)合金通常具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐蝕性和其它優(yōu)異的電磁性能。四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金（2）化學(xué)還原法基本原理：用還原劑KBH4(或NaBH4)和NaH2PO4分別還原金屬的鹽溶液，得到非晶態(tài)合金

(3)沉積法由該法制備的非晶態(tài)合金組成不受低共熔點的限制。通過蒸發(fā)、濺射、電解等方法使金屬原子凝聚或沉積而成。四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金3、影響非晶態(tài)合金形成的幾個因素（1）合金中類金屬的含量隨類金屬含量的增加，非晶態(tài)合金的形成傾向和穩(wěn)定性提高（2）原子尺寸差別原子尺度增加則非晶態(tài)合金形成傾向和穩(wěn)定性增加五、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用非晶態(tài)合金1、力學(xué)性能非晶態(tài)合金的硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性明顯高于普通鋼鐵材料。鐵基和鎳基非晶態(tài)金屬的抗張強(qiáng)度可達(dá)4000MPa左右，鎳基的非晶也可達(dá)到3500MPa左右，都比晶態(tài)鋼絲材料高。非晶態(tài)合金的延伸率一般較低，但其韌性很好，壓縮變形時，壓縮率可達(dá)40％，軋制壓率可達(dá)50％以上而不產(chǎn)生裂紋；彎曲時可以彎至很小曲率半徑而不折斷。五、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用非晶態(tài)合金（2）催化性能非晶態(tài)金屬表面能高，可連續(xù)改變成分，具有明顯的催化性能。(3)貯氫性能4、光學(xué)性能金屬材料的光學(xué)特性受其金屬原于的電子狀態(tài)所支配，某些非晶態(tài)金屬由于其特殊的電子狀態(tài)面具有十分優(yōu)異的對太陽光能的吸收能力。非晶態(tài)金屬具有良好的抗輻射(中子、Y射線等)能力，六、常見的非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金1）過渡族金屬與類金屬元素形成的合金

主要包括VIIB，VIIIB族及IB族元素與類金屬元素形成的合金，如Pd80Si20，Au75Si25，F(xiàn)e80B20，Pt75P25等，合金中類金屬元素的含量一般在13％—25％（原子百分比）。但近年也發(fā)現(xiàn)了一些類金屬元素含量可在一定范圍內(nèi)變化的非晶態(tài)合金，如NiB31-34，CoB17-41，PtSb34-36.5等。在這類合金基礎(chǔ)上可加入一種或多種元素形成三元甚至多元合金，如在Pd80P20中