第八章非晶態(tài)合金案例.ppt

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 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 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Duwez1960年提出非晶態(tài)金屬具有鐵磁性 1965年被證實1971年非晶態(tài)合金Metglas首次進入市場1980年非晶態(tài)金屬作為催化劑開展了大量研究 1977年諾貝爾物理學(xué)獎 電子結(jié)構(gòu)理論P W 安德森莫特范弗萊克1977年諾貝爾物理學(xué)獎授予美國新澤西州繆勒山 MurrayHill 貝爾實驗室的P W 安德森 PhilipW Anderson 1923 英國劍橋大學(xué)的莫特 NevillMott 1905 1996 和美國哈佛大學(xué)的范弗萊克 JohnVanVleck 1899 1980 以表彰他們對磁性和無序系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)所作的基礎(chǔ)理論研究 P W 安德森1923年12月13日出生于美國伊利諾斯州的印第安納波利斯 Indianapolis 中學(xué)畢業(yè)后 進入哈佛大學(xué) 主修數(shù)學(xué) 可是不久第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā) P W安德森在此期間應(yīng)招入伍 被分配去學(xué)習(xí)電子物力 不久派遣到海軍研究實驗室建造天線 這項工作使他對西方電氣公司貝爾實驗室有所了解 戰(zhàn)爭結(jié)束后 P W 安德森返回哈佛大學(xué) 就下決心相物理學(xué)家學(xué)習(xí) 作一名物理學(xué)家 在這些物理學(xué)家中 以電子結(jié)構(gòu)理論著稱的磁學(xué)專家范弗德萊是他最敬佩的物理學(xué)家之一 他和范德萊克曾經(jīng)一起在軍事部門工作過 范弗萊克是哈佛大學(xué)的著名教授 正是范弗萊克的指引 P W 安德森后來決心把自己的研究方向定位在固體的電子結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代磁學(xué) 在范弗萊克的指引下研究了微波和紅外光譜的壓力增寬 他為了用分子間相互作用解釋這些譜線在高密度下增寬的現(xiàn)象 借助于洛倫茲等人的理論發(fā)展一種更普遍的方法 運用于從微波到紅外和可見光的光譜學(xué) 他還根據(jù)已知的分子作用計算出了初步的定量結(jié)果 汪衛(wèi)華 男 1993年在中科院物理所獲博士學(xué)位 1994年至1997年先后在德國Gottingen大學(xué) 柏林Hahn Mitner所作博士后和洪堡學(xué)者 現(xiàn)任中國科學(xué)院物理研究所研究員 博士生導(dǎo)師 課題組長 中國科學(xué)院極端條件物理重點實驗室副主任 99年國家杰出青年基金獲得者 國家基金委創(chuàng)新群體學(xué)術(shù)帶頭人 研究方向 1 新型非晶 納米材料的探索及形成規(guī)律研究 2 非晶 納米材料的結(jié)構(gòu)及極端條件下的物理性能 3 非晶態(tài)物理 4 高壓下的非平衡相變及亞穩(wěn)材料的合成 5 新材料的在微重力及空間條件下的制備形成規(guī)律研究 6 非晶合金的結(jié)構(gòu)及變形機理 我組柳延輝博士及其導(dǎo)師汪衛(wèi)華研究員分別榮獲2009年度院優(yōu)博獎和導(dǎo)師獎 井上明久研究員 2 我國非晶態(tài)金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀 1976年 開始非晶態(tài)合金的研究工作 1996年組建了非晶微晶合金工程技術(shù)研究中心 是國內(nèi)最早開發(fā)非晶納米晶合金的單位之一 非晶態(tài)金屬的國家標(biāo)準(zhǔn) 包括28個牌號 1982年 我國建立非晶合金牌號 批量 50kg 次 生產(chǎn)寬度為50 100mm的薄帶并制成大功率變壓器 開關(guān)變壓器等鐵芯 首次建立了原位X射線衍射研究多層膜中互擴散的新技術(shù) 精確測量出一系列多層膜在固相反應(yīng)中的互擴散系數(shù) 發(fā)現(xiàn)多層膜中擴散規(guī)律及與固相反應(yīng)的關(guān)系 用非晶材料制成磁頭可用于錄音 錄像 用于各種傳感器的非晶圈絲 薄帶及薄膜也研制成功 非晶薄膜用于磁記錄技術(shù)方面也取得重大成果 三 非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點 非晶態(tài)合金 1 非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu) 1 內(nèi)部原子排列短程有序而長程無序主要特點 氣體 液體和固體的原子分布函數(shù) 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 晶粒 非常細(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 不考慮晶界上原子的排布情況是不合理的 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性 強調(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 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 非晶體與晶體都是由氣態(tài) 液態(tài)凝結(jié)而成的固體 由于冷卻速率不同 造成結(jié)構(gòu)的迥然不同 晶體是典型的有序結(jié)構(gòu) 原子有規(guī)則地排列在晶體點陣上形成對稱性 非晶態(tài)與氣態(tài) 液態(tài)在結(jié)構(gòu)上同屬無序結(jié)構(gòu) 它是通過足夠快的冷卻發(fā)生液體的連續(xù)轉(zhuǎn)變 凍結(jié)成非晶態(tài)固體 非晶固體的原子類似液體原子的排列狀態(tài) 但它與液體又有不同 液體分子很易滑動 粘滯系數(shù)很小 非晶固體分子是不能滑動的 粘滯系數(shù)約為液體的1014倍 它具有很大的剛性與固定形狀 液體原子隨機排列 除局部結(jié)構(gòu)起伏外 幾乎是完全無序混亂 非晶排列無序并不是完全混亂 而是破壞了長程有序的周期性和平移對稱性 形成一種有缺陷的 不完整的有序 即最近鄰或局域短程有序 在小于幾個原子間距的區(qū)間內(nèi)保持著位形和組分的某些有序特征 非晶材料在微觀結(jié)構(gòu)上具有以下基本特征 存在小區(qū)間的短程有序 在近鄰或次近鄰原子的鍵合具有一定規(guī)律性 但沒有任何長程有序 溫度升高 非晶材料會發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 因此它是一類亞穩(wěn)態(tài)材料 但亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到自由能最低的穩(wěn)態(tài)須克服一定的能量勢壘 因此這種亞穩(wěn)態(tài)在一定溫度范圍內(nèi)長期穩(wěn)定存在 當(dāng)加熱溫度超過一定值Tc 晶化溫度 后就會發(fā)生穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變 形成晶態(tài)合金 四 非晶態(tài)金屬的制備 非晶態(tài)合金 1 非晶態(tài)的形成條件 制備非晶態(tài)材料必須解決兩個關(guān)鍵問題 一是必須形成原子 或分子 混亂排列的狀態(tài)二是將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)在一定溫度范圍內(nèi)保存下來 使之不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變 原則上 所有金屬熔體都可以通過急冷制成非晶體 也就是說 只要冷卻速度足夠快 使熔體中原子來不及作規(guī)則排列就完成凝固過程 即可形成非晶態(tài)金屬 四 非晶態(tài)金屬的制備 非晶態(tài)合金 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108K s 而合金106K 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 108K 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 4 化學(xué)鍍法 四 非晶態(tài)金屬的制備 非晶態(tài)合金 非晶態(tài)金屬合金的電沉積有兩大優(yōu)點 首先從實用的角度 這些合全都具有較高的機械強度和硬度 優(yōu)異的磁性能 較好的耐腐蝕能力和電催化活性 其次在理論意義上 合金的電沉積往往屬于異常共沉積或誘導(dǎo)共沉積的類型 利用激光 離子注入 噴鍍 爆炸成型等方法使材料結(jié)構(gòu)無序化 已廣泛應(yīng)用于制造各種特殊的功能材料 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 金屬玻璃結(jié)構(gòu)亞穩(wěn)性不僅包括溫度達(dá)到Tc以上發(fā)生的晶化 還包括低溫加熱時發(fā)生的結(jié)構(gòu)弛豫 在低于晶化溫度Tc下退火時 合金內(nèi)部原子的相對位置會發(fā)生較小變化 合金密度增加 應(yīng)力減小 能量降低 使金屬玻璃的結(jié)構(gòu)逐步接近有序度較高的 理想玻璃 結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)變化稱為結(jié)構(gòu)弛豫 發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫的同時 非晶合金的密度 比熱 粘度 電阻 彈性模量等性質(zhì)也會產(chǎn)生相應(yīng)變化 金屬玻璃在高于晶化溫度Tc退火時 由于熱激活的能量增大 非晶合金克服穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變勢壘 轉(zhuǎn)變成自由能更低的晶態(tài) 晶化中金屬玻璃的結(jié)構(gòu)變化較大 一般涉及原子長程擴散 所需激活能比發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫時高 晶化中發(fā)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化 合金許多性質(zhì)也會產(chǎn)生較大的變化 晶化熱處理 非晶晶化結(jié)晶與凝固結(jié)晶類似 也是一個形核和長大的過程 晶化是固態(tài)反應(yīng)過程 受原子在固相中的擴散支配 所以晶化速度沒有凝固結(jié)晶快 非晶比熔體在結(jié)構(gòu)上更接近晶態(tài) 晶化形核時作為主要阻力的界面能比凝固時固液界面能小 因而形核率很高 非晶合金晶化后晶粒十分細(xì)小 實際快速凝固中 形成非晶同時也可能形成一些細(xì)小的晶粒 它們在非晶晶化時可作為非均勻形核媒質(zhì) 此外 非晶中的夾雜物 自由表面等都可使晶化以非均勻形核方式進行 非晶的結(jié)構(gòu)弛豫和晶化都是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時產(chǎn)生的變化 非晶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要取決以下因素 合金組元的種類和含量 組元種類和含量的變化會改變原子鍵合強度和短程有序程度 凝固冷速 冷速越高 金屬玻璃的自由能就會越高 相應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會越低 在一定條件下越容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)弛豫和晶化 選擇適當(dāng)?shù)哪汤渌賹ΡＷC金屬玻璃穩(wěn)定性十分重要 其它一些因素也能影響金屬玻璃的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 退火溫度一定時 組態(tài)熵較大的合金晶化激活能較大 非晶發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫或晶化所需激活能越大 非晶結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定 玻璃形成能力 GFA 較強的合金形成的非晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高 共晶成分或接近共晶成分的合金GFA很強 它們形成的非晶穩(wěn)定性一般都很高 中子輻照可使極細(xì)晶粒非晶化 消除非晶合金晶化時非均勻形核媒質(zhì) 提高非晶合金的穩(wěn)定性 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 非晶中原子有較強的鍵合 特別是金屬 類金屬非晶中原子鍵合比一般晶態(tài)合金強得多 非晶合金中原子排列長程無序 缺乏周期性 合金受力時不會產(chǎn)生滑移 非晶合金具有很高的強度 硬度和較高的剛度 是強度最高的實用材料之一 強度 硬度和剛度 高強度非晶材料 金屬玻璃的強度 硬度和彈性模量 一些非晶合金的強度甚至超過了高強度馬氏體時效鋼 s約2GPa 強度最高的Fe80B20的屈服強度與經(jīng)過冷拉的鋼絲差不多 金屬玻璃具有很好的室溫強度和硬度的同時 也具有很好的耐磨性能 在相同的試驗條件下磨損速度與WCrCo耐磨合金差不多 韌性和延性 非晶合金不僅具有很高的強度和硬度 與脆性的無機玻璃截然不同 還具有很好的韌性 并且在一定的受力條件下還具有較好的延性 Fe80B20非晶合金的斷裂韌性可達(dá)12MPa m 1 2 這比強度相近的其它材料的韌性高得多 比石英玻璃的斷裂韌性約高二個數(shù)量級 柔韌的非晶 金屬玻璃的塑性與外力方向有關(guān) 處于壓縮 剪切 彎曲狀態(tài)時 金屬玻璃具有很好的延性 非晶合金的壓縮延伸率可達(dá)40 軋制時壓下率為50 以上也不會產(chǎn)生斷裂 薄帶對彎至180度一般也不會斷裂 金屬玻璃在拉伸應(yīng)力條件下的延伸率很低 一般只有約0 1 非晶合金的彈性模量比晶態(tài)合金略低 非晶合金在外力作用下應(yīng)變不均勾 受疲勞應(yīng)力作用時疲勞裂紋容易形核 疲勞壽命較低 非晶是一種短程有序密排結(jié)構(gòu) 與長程有序的晶態(tài)密排結(jié)構(gòu)相比 非晶合金的密度一般比成分相近的晶態(tài)合金低1 2 Fe88B12合金在晶態(tài)時密度為7 52g cm3 在非晶態(tài)時密度為7 45g cm3 非晶合金具有很高強度 硬度 耐磨性能和韌性 在彎曲 壓縮狀態(tài)時有很好的延性 但拉伸延性 疲勞強度很低 所以一般不能單獨用作結(jié)構(gòu)材料 許多成分的金屬玻璃經(jīng)適當(dāng)晶化處理后 綜合力學(xué)性能會有很大提高 密度 五 非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用 非晶態(tài)合金 2 軟磁特性 無序不存在磁晶各向異性易于磁化沒有位錯 晶界等缺陷磁導(dǎo)率 飽和磁感應(yīng)強度高 矯頑力低 損耗小是理想的軟磁材料 部分非晶合金具有良好的鐵磁性能 非晶合金中沒有晶界 一般也沒有沉淀相粒子等障礙對磁疇壁的釘扎 所以非晶合金很容易磁化 矯頑力極低 金屬玻璃經(jīng)部分晶化后產(chǎn)生的極細(xì)晶?？勺鳛榇女牨诜蔷鶆蛐魏嗣劫|(zhì) 細(xì)化磁疇 獲得比晶態(tài)軟磁合分更好的高頻 100kHz 軟磁性能 某些鐵基非晶合金 例如Co Fe B Si 在很大頻率范圍內(nèi)都具有很高的磁導(dǎo)率 某些非晶態(tài)合金的軟磁特性 一些非晶永磁合金在經(jīng)部分晶化處理后永磁性能會產(chǎn)生很大提高 許多鐵基稀土非晶合金晶化后 矯頑力可增加2 3個數(shù)量級以上 具有很好的永磁性能 NdFeB非晶合金經(jīng)過晶化熱處理并控制形變織構(gòu)方向后 最大磁能積達(dá)到55MGOe 是目前永磁合金磁能積能達(dá)到的最高水平之一 五 非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用 非晶態(tài)合金 3 化學(xué)性能 1 耐蝕性 非晶中沒有晶界 沉淀相相界 位錯等容易引起局部腐蝕的部位 也不存在晶態(tài)合金容易出現(xiàn)的成分偏析 所以非晶合金在結(jié)構(gòu)和成分上都比晶態(tài)合金更均勻 具有更高的抗腐蝕性能 含Cr的鐵基 Co基和鎳基金屬玻璃 特別是其中含有P等類金屬元素的非晶合金 具有十分突出的抗腐蝕能力 P的作用是促進防腐蝕薄膜形成 Cr作用是形成防腐蝕保護膜 非晶態(tài)合金和晶態(tài)不銹鋼在10 FeCl2 10H2O溶液中的腐蝕速率 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 Fe80B20 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中加入Ni 形成Pd40Ni40P20 研究表明 這種三元合金形成非晶態(tài)要比對應(yīng)的二元合金容易得多 此外 IVB和VIB族金屬與類金屬也可以形成非晶態(tài)合金 如TiSi15 20等 2 過渡族金屬元素之間形成的合金 這類合金在很寬的溫度范圍內(nèi)熔點都比較低 形成非晶態(tài)的成分范圍較寬 如Cu Ti33 70 Cu Zr27 5 75 Ni Zr27 5 75 等 3 含IIA族 堿土金屬 元素的二元或多元臺金如Ca A112 5 17 5 Ca Cu12 6 62 5 Ca Pd Mg一Zn25 32 Be Zr50 70 Sr70Mg30等 這類合金的缺點是化學(xué)性質(zhì)較活潑 必須在惰性氣體中淬火 最終制得的非晶態(tài)材料容易氧化 除以上三類非晶態(tài)合金外 還有以錒系金屬為基的非晶態(tài)合金 如U Co24 40 Np Ca30 40 Pu Ni12 30等 非晶合金的應(yīng)用 非晶軟磁元件 大功率變壓器總希望使用磁感應(yīng)強度高 矯頑力低 損耗小的材料 變壓器用量特別大 還必須要求原材料成本低 此外 還要求使用的材料延展性好 加工容易 尺寸精度高 層間絕緣性好 耐腐蝕性強 變壓器 大功率變壓器 非晶合金的矯頑力很低 外場作用下十分容易磁化 同時非晶合金具有很高的電阻 可以明顯降低渦流損失 金屬玻璃用作低頻 50 60Hz 磁芯時的磁芯損耗根低 其中Fe81B13 5Si8 5C2 Fe82B10Si8等鐵基非晶合金的磁芯損耗只有常用硅鋼片的1 3 l 5 而飽和磁感應(yīng)強度等磁學(xué)性能與硅鋼片相近 非晶軟磁合金的主要用途是取代晶態(tài)硅鋼制作各種類型的變壓器 非晶磁性合金的應(yīng)用不僅可減少能量損失 還可以在額定功率一定時 減輕變壓器的重景和減小變壓器的尺寸 變壓器用非晶鐵芯 非晶變壓器 Fe基非晶合金與坡莫合金制成的開關(guān)變壓器的性能比較 非晶變壓器的體積 重量明顯下降 溫升降低 成本減少50 以上 Fe基非晶合金與坡莫合金制作的開關(guān)變壓器的性能 磁頭 磁頭器件要求材料飽和磁感應(yīng)強度大 在工作頻率范圍內(nèi)材料的磁導(dǎo)率高 具有較低矯頑力和較高電阻率 耐磨性和抗蝕能力強 磁性能對加工應(yīng)力不敏感 熱穩(wěn)定性好等 硬盤讀寫磁頭 用非晶合金作磁頭具有下列優(yōu)點 無磁晶各向異性 晶態(tài)材料的磁晶各向異性使磁導(dǎo)率下降 矯頑力增大 磁滯損耗增加 噪聲增大 電阻率高 這對降低渦流損耗有利 硬度大 耐磨性好 耐腐蝕性高 晶態(tài)材料的磁性與耐蝕性難以兼得 容易獲得薄帶 高頻工作時 為減小渦流損耗 希望材料減薄 要求用數(shù)微米至數(shù)十微米的薄片 對于晶態(tài)材料 加工有一定困難 非晶帶的厚度一般為20 40 m 很適于錄相磁頭的工作頻帶 傳感器 非晶合金薄帶與絲材具有許多優(yōu)點 適合各種類型傳感器的不同需求 同時具有高強度和高彈性極限 用非晶合全條帶的絲材可直接做成彈性環(huán)和彈簧 不需要輔助彈性材料和保護材料 制成的器件可承受很大的拉力 且具有耐磨 耐沖擊和耐腐蝕性 Co基非晶合金的最大磁導(dǎo)率可達(dá)106級 是高靈敏度磁性傳感器的理想材料 用非晶帶繞成環(huán)形磁芯 在直徑方向施加很小外力 會使磁芯的磁特性發(fā)生顯著變化 用這個磁芯構(gòu)成單磁芯橋式多諧振蕩器 可將由應(yīng)力所產(chǎn)生的磁性能變化轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷狠敵?制成高精度應(yīng)力傳感器 應(yīng)力傳感器 非晶Fe82Si6B12條帶制成的電磁傳感器已用于交通信號自動控制裝置中的探頭 性能明顯優(yōu)于坡莫合金 電路電壓降低一半 激磁電壓降低2 3 輸出信號增加2倍 作用距離提高1倍 交通信號控制器 交通電子眼 用彈性好且耐蝕的FeNi非晶合全制成微型壓力傳感器 可測微小壓強 用作人體肛腸壓力測定裝置 臨床證明具有靈敏度高 體積小 重復(fù)性好 耐腐蝕 成本低等優(yōu)點 微型壓力傳感器 磁場傳感器 磁分離裝置 磁分離是指在磁場作用下將磁性微粒與非磁性微粒加以分離的技術(shù) 磁分離裝置大都是在腐蝕性介質(zhì)中使用 所用材料必須具有良好的聚磁性 耐腐蝕性 高強度 還要考慮過濾效率要高 不易堵塞等問題 磁分離裝置 含Cr的Fe基非晶條帶與圓絲混合成的過濾器非常適合這種要求 這種軟磁性和耐腐蝕性優(yōu)良的條帶和絲材作聚磁材料 可獲得很高的磁場梯度 即形成很強的磁力捕獲區(qū) 能達(dá)到很高的分離效率 這種非晶磁分離裝置 用于凈化軋鋼廢水處理 凈化效率可達(dá)97 以上用于超高壓變壓器絕緣油的凈化處理 可使變壓據(jù)的介質(zhì)損耗降低一半 大大延長安全運行周期 非晶永磁合金 非晶永磁合金晶化處理后 可得到納米晶粒 獲得一類重要的永磁材料 雙相耦合納米晶永磁材料 雙相納米晶永磁成本相對低廉 耐蝕性較高 磁體可采用模壓 注射 壓延 熱壓等多種方法進行成型 效率高 磁學(xué)和力學(xué)性能都很好 美國代頓大學(xué)用這種方法制備的納米晶NdFeB永磁體的永磁性能已接近目前傳統(tǒng)燒結(jié)NdFeB磁體研究的最高水平 并且還有相當(dāng)大的發(fā)展空間 逐漸成為新型永磁材料的發(fā)展方向 納米晶永磁應(yīng)用廣泛 可用于電子 通信 汽車 機械 能源 醫(yī)療 國防等多個領(lǐng)域 包括硬盤驅(qū)動電機 手機振動電機 汽車起動電機 礦物分離裝置 核磁共振成像及空調(diào) 冰箱 音箱 錄像機 電鐘等家用電器中的磁性部件 納米晶磁體制備的微型馬達(dá) 納米晶粘結(jié)磁體 結(jié)構(gòu)材料 非晶合金晶化后制成微晶合金可作為結(jié)構(gòu)材料使用 非晶薄帶粉碎后進行熱壓加工 使非晶合金晶化并制成大塊晶態(tài)合金 晶粒細(xì)小均勻 尺寸僅為0 2 0 3 m 還含有大量硬度很高的彌散硼化物和金屬間化合物 具有優(yōu)異力學(xué)性能 這種微晶合金不僅綜合力學(xué)性能好 而且克服非晶合金尺寸小 工作溫度低的缺點 微晶的非晶合金在440 550 時還有很好的熱強度和沖擊韌性 在750 時具