第7章-非晶態(tài)合金

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)金屬的結構特點非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)金屬性能特點及應用大塊非晶合金（補充）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)?？煞譃閮纱箢悾海?）金屬＋金屬型(主要是含Zr

Fe90Zr10,Re-TM,LT-ET,鋁基和鎂基）（2）金屬＋類金屬型（TM-M）（Fe,Co,Ni)-(B,Si,P,C)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年間真正標志著非晶態(tài)金屬的誕生1960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三、非晶態(tài)金屬的結構特點非晶態(tài)合金1、非晶態(tài)金屬的結構（1）內(nèi)部原子排列短程有序而長程無序

主要特點7-1氣體、液體和固體的原子分布函數(shù)三、非晶態(tài)金屬的結構特點非晶態(tài)合金(2)均勻性

顯著特點一層含義：結構均勻、各向同性，它是單相無定形結構，沒有象晶體那樣的結構缺陷，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)金屬結構模型（1）微晶模型三、非晶態(tài)金屬的結構特點非晶態(tài)合金（2）拓撲無序模型認為非晶態(tài)材料是由“晶?！狈浅＜毿〉奈⒕Я＝M成。微晶模型用于描述非晶態(tài)結構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。該模型認為非晶態(tài)結構的主要特征是原子排列的混亂和隨機性，強調(diào)結構的無序性，而把短程有序看作是無規(guī)堆積時附帶產(chǎn)生的結果。

三、非晶態(tài)金屬的結構特點非晶態(tài)合金7.2非晶態(tài)結構模型此模型對于描述非晶態(tài)材料的真實結構還遠遠不夠準確。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，使結晶過程受阻而形成非晶態(tài)；將這種熱力學上的亞穩(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)金屬的無序結構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構無序化。已廣泛應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)定性增加五、非晶態(tài)金屬性能特點及應用非晶態(tài)合金1、力學性能非晶態(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4000MPa左右，鎳基的非晶也可達到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40％，軋制壓率可達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、晶界等缺陷磁導率、飽和磁感應強度高；矯頑力低，損耗小是理想的軟磁材料。3、化學性能（1）耐蝕性非晶態(tài)合金的耐蝕性主要是由于生產(chǎn)過程中的快冷，導致擴散來不及進行，所以不存在第二相，組織均勻；其無序結構中不存在晶界，位錯等缺陷；非晶態(tài)合金本身活性很高能夠在表面迅速形成均勻的鈍化膜，阻止內(nèi)部進一步腐蝕。目前對耐蝕性能研究較多印是鐵基、鎳基、鈷基非晶態(tài)臺金，其中大都含有鉻。五、非晶態(tài)金屬性能特點及應用非晶態(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、光學性能金屬材料的光學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（镎）—Ca30-40，Pu（钚）—Ni12-30等。七、大塊非晶合金非晶態(tài)合金 一般非晶合金多呈很薄的條帶或細絲狀、粉末等，其厚度小于50um，非晶合金的許多優(yōu)良特性在實際中不能發(fā)揮出來。因此，三維非晶合金的制備具有重要意義。七、大塊非晶合金非晶態(tài)合金1、制備方法

a.由非晶態(tài)粉末間接制備大塊非晶

b.直接從液相獲得大塊非晶

要求合金熔體具有很強的非晶形成能力，即低的臨界冷速和寬的過冷液相區(qū)。這樣的合金系應具備三個特征：

1)合金系由三種以上組元組成；

2）主要組元的原子要有12%以上的原子尺寸差；

3）各組元間要有大的負混合熱。

七、大塊非晶合金非晶態(tài)合金常用方法：電弧熔煉法、銅模鑄造法、水淬法