非晶合金的發(fā)展及應(yīng)用

姓名：姚宏康班級(jí)：研0903班學(xué)號(hào)：S20090258非晶合金的發(fā)展及應(yīng)用2010.4先進(jìn)制導(dǎo)技術(shù)非晶合金的發(fā)展概況1大塊非晶合金2大塊非晶合金的性能3非晶合金的應(yīng)用4目錄一、非晶合金簡(jiǎn)介

在以往數(shù)千年中，人類所使用的金屬或合金都是晶態(tài)結(jié)構(gòu)的材料，其原子在三維空間內(nèi)作有序排列、形成周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

而非晶態(tài)金屬或合金是指物質(zhì)從液態(tài)（或氣態(tài)）急速冷卻時(shí)，因來不及結(jié)晶而在室溫或低溫保留液態(tài)原子無序排列的凝聚狀態(tài)，其原子不再呈長(zhǎng)程有序、周期性和規(guī)則排列，而是處一種長(zhǎng)程無序排列狀態(tài)。具有鐵磁性的非晶態(tài)金合金又稱鐵磁性金屬玻璃或磁性玻璃，為了敘述方便，以下均稱為非晶態(tài)合金。非晶合金的發(fā)展概況二、非晶合金發(fā)展歷史

非晶的歷史當(dāng)以1960年美國(guó)Duwez教授發(fā)明用快淬工藝制備非晶態(tài)合金為始。其間，非晶軟磁合金的發(fā)展大體上經(jīng)歷了兩個(gè)階段：

第一個(gè)階段從1967年開始，直到1988年。1984年美國(guó)四個(gè)變壓器廠家在IEEE會(huì)議上展示實(shí)用非晶配電變壓器則標(biāo)志著第一階段達(dá)到高潮，到1989年，美國(guó)AlliedSignal公司（現(xiàn)被Honeywell公司兼并）已經(jīng)具有年產(chǎn)6萬噸非晶帶材的生產(chǎn)能力，全世界約有100萬臺(tái)非晶配電變壓器投入運(yùn)行，所用鐵基非晶帶材幾乎全部來源于該公司。這個(gè)階段以美國(guó)為主，除美國(guó)之外，日本和德國(guó)在非晶合金應(yīng)用開發(fā)方面也擁有自己的特色，重點(diǎn)是電子和電力電子元件，例如高級(jí)音響磁頭、高頻電源（含開關(guān)電源）用變壓器、扼流圈、磁放大器等。非晶合金的發(fā)展概況非晶帶材非晶電子器件非晶合金的發(fā)展概況

從1988年開始，非晶態(tài)材料發(fā)展進(jìn)入第二階段。這個(gè)階段具有標(biāo)志性的事件是鐵基納米晶合金的發(fā)明。1988年日本日立金屬公司的Yashizawa等人在非晶合金基礎(chǔ)上通過晶化處理開發(fā)出納米晶軟磁合金（Finemet）。我國(guó)非晶材料研究從1976年開始，國(guó)家科委從“六五”開始連續(xù)5個(gè)五年計(jì)劃均將非晶、納米晶合金研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化列入重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。通過這4個(gè)五年科技攻關(guān)計(jì)劃的實(shí)施，我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了非晶合金帶材及制品產(chǎn)業(yè)化。在十五期間，納米晶帶材及其制品產(chǎn)業(yè)化開發(fā)仍然被列入國(guó)家重大科技攻關(guān)計(jì)劃，給予重點(diǎn)支持，旨在推動(dòng)納米晶材料應(yīng)用開發(fā)快速發(fā)展，滿足電力電子和電子信息等高新技術(shù)領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的迫切需求。非晶合金變壓器非晶合金的發(fā)展概況大塊非晶合金一、大塊非晶合金的制備

大塊非晶合金在熱力學(xué)上具有較大的玻璃形成能力，這使得利用緩冷凝固技術(shù)制備非晶合金成為可能。所謂緩冷凝固是指熔體在不大于103K.s-1的冷卻速度凝固。

幾種制備方法：

1.水淬法 Rc102~103K.s-1 2.電弧熔化法 T10mmZr-Al-Ni-Cu 3.銅模鑄造法 Rc102~103K.s-1 4.吸入鑄造法 D16mm&30mmZr55Al10Ni5Cu30 5.高壓鑄造法 P50~200MPaD15mmLn-&10mmMg- 6.單向熔化法 L300mmW12mmH10mmZr-Al-Ni-Cu-Pd大塊非晶合金二、合金玻璃形成能力的表征

合金熔體在冷卻凝固過程中抵抗結(jié)晶的能力就是該合金的玻璃形成能力（GFA），抗結(jié)晶能力越強(qiáng)，玻璃形成能力越好，就越容易形成非晶體。實(shí)際上，合金的玻璃形成能力是由它的成分來決定的，但內(nèi)在的本質(zhì)必然通過一些表面現(xiàn)象表現(xiàn)出來。1.臨界冷卻速度Rc2.過冷液相區(qū)△Tg3.約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度Trg大塊非晶合金的性能一、力學(xué)性能1.一般性能特征

與一般的晶體合金相比，大塊非晶合金在室溫和高溫的力學(xué)性能具有以下幾個(gè)特征： ①較高的抗拉強(qiáng)度和較低的楊氏模量； ②約2%的彈性應(yīng)變極限，大大超過晶體的0.2%左右； ③產(chǎn)生屈服之前具有很大的彈性能量； ④在室溫下沒有明顯的塑性變形； ⑤具有超過的夏比沖擊斷裂能量。大塊非晶合金的性能2.室溫硬度與斷裂強(qiáng)度 不同冷卻速度將會(huì)獲得不同微觀結(jié)構(gòu)的非晶合金，由此可知，對(duì)晶體組織變化反應(yīng)比較靈敏的硬度并不能反應(yīng)非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的變化。3.高溫力學(xué)性能

①應(yīng)力-應(yīng)變曲線 我們知道，如果溫度超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，非晶合金就進(jìn)入過冷液相區(qū)，該區(qū)域表現(xiàn)為近理想的超塑性，因此研究非晶合金的高溫力學(xué)性能一般都在溫度以下。

②斷裂延伸率

在某一溫度，延伸率隨著應(yīng)變速率的增大出現(xiàn)一個(gè)峰值，隨后減小。在較低應(yīng)變速率和較高溫度都將導(dǎo)致脆變。脆變可能是在拉伸試驗(yàn)過程中非晶合金發(fā)生晶化所導(dǎo)致的。大塊非晶合金的性能二、大塊非晶合金的抗腐蝕性能

Inoue等人對(duì)快淬Zr-TM-Al-Ni-Cu(TM=Ti、Cr、Nb、Ta)非晶合金在HCl和NaCl溶液中的抗腐蝕性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在室溫含有Nb和Ta的非晶合金表現(xiàn)為更好的抗腐蝕性。三、大塊非晶合金的磁性能1.軟磁性能

Fe-基和Co-基大塊非晶合金表現(xiàn)為優(yōu)良的軟磁性能。迄今為止，人們開發(fā)的大塊非晶合金系有Fe-（Co，Ga）-（P，C，B，Si）、Co-Cr-（Al，Ga）-（P，B，C）、Fe-（Co，Ni）-（Zr，Nb，Ta）-B、Co-Fe-（Zr，Nb）-B等。大塊非晶合金的性能2.硬磁性能

在20世紀(jì)70和80年代，人們發(fā)現(xiàn)用濺射法制備的Ga-（Fe，Co）和Tb-（Fe，Co）非晶薄膜在補(bǔ)償溫度附近表現(xiàn)為很高的內(nèi)稟矯頑力，利用這種特殊的行為，這些非晶薄膜可以用作磁光記錄材料。

非晶合金的硬磁性能僅僅局限于塊體材料，而非晶薄帶則表現(xiàn)為軟磁性能，并且非晶合金晶化后，其磁性能消失。非晶合金的應(yīng)用一、結(jié)構(gòu)材料

大塊非晶合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗腐蝕性能及耐磨性能，因此是一種比較理想的結(jié)構(gòu)工程材料。但是大塊非晶合金的制備生產(chǎn)成本較高，如何開發(fā)生產(chǎn)低成本的大塊非晶合金是工程應(yīng)用領(lǐng)域需要解決的問題。二、特殊體育器材 大塊非晶合金具有很高的彎曲強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性和沖擊斷裂能量，在那些對(duì)材料有特殊要求的體育器材上有廣泛的應(yīng)用前景。比較典型的一個(gè)例子就是Zr-Al-Ni-Cu大塊非晶合金被用作高爾夫球棒表面材料，可以大大提高球棒的壽命和彈性。非晶合金的應(yīng)用三、鐵磁性材料

用具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低矯頑力的非晶合金作為配電變壓器的鐵芯材料時(shí)，鐵芯的空載損耗要比硅鋼片鐵芯低60%～80%，鐵損明顯降低。四、燃料電池 燃料電池被譽(yù)為是繼火電、水電、核電、之后的第四種電力能源，它是一種利用水的電解逆反應(yīng)產(chǎn)生電能的“發(fā)電機(jī)”，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ木G色能源。發(fā)展燃料電池的關(guān)鍵是儲(chǔ)氫介質(zhì)，而大塊非晶合金具有高的儲(chǔ)氫能量和其他的奇異性能，因此在燃料電池中將會(huì)大有作為。非晶合金的應(yīng)用五、微加工領(lǐng)域

利用大塊非晶合金本身的優(yōu)良力學(xué)性能和其過冷液相區(qū)的超塑性，可以加工成各種形狀復(fù)雜的微型構(gòu)建，因此在微加工領(lǐng)域內(nèi)極具應(yīng)用潛力。比如微型發(fā)動(dòng)機(jī)中各種形狀復(fù)雜且性能要求苛刻的構(gòu)件都可以通過大塊非晶合金來實(shí)現(xiàn)。六、塊體納米材料的制備

目前制備塊體納米材料常用的方法是通過大塑性變形使經(jīng)理