非晶合金的制备技术

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1、非晶合金（自学）非晶合金的制备技术和原理指导老师：马麟姓名：李玉卿学号：070902272010/11非晶合金的制备技术和原理摘要:综述了非晶合金尤其是大块非晶合金的性能、制备方法及应用，介绍了目前国内外研究和应用各种用于制备非晶合金的方法（包括快速凝固、铜模铸造法、熔体水淬法、抑制形核法、粉末冶金技术、自蔓延反应合成法和定向凝固铸造法）和原理。1.前言非晶合金具有长程无序、短程有序的结构，与晶态合金相比，具备许多特有的性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等，为材料科研工作者开发高性能的功能材料和结构材料提供了巨大

2、的潜力。自1960年Duwez用快速凝固技术制备出了Au2Si非晶合金以来，非晶合金的制备与大块非晶材料的研制吸引了材料界越来越多的关注。40多年来，随着技术的发展与进步，越来越多的非晶系列被开发，有的已进入或接近实用阶段，取得了丰富的研究成果。2.非晶合金的制备方法（1）快速凝固熔体急冷和深过冷是实现快速凝固的两条途径，前者以快速冷却为特征，而后者则可以是慢速冷却过程。熔体急冷法急冷法是最早的制备非晶合晶的方法，其原理是力求增大合金样品比表面积，并设法减小熔体与冷却介质的界面热阻以期达到高的冷却速率。雾化法和单辊法是最

3、为常用的两种制备方法。雾化法主要用来制取非晶态和晶态粉材。其原理是通过高速气体流冲击金属液流使其分散为微小液滴，从而实现快速凝固。这种方法的特点是设备简单，操作方便，易于实现大批量的生产。单辊法是利用快速旋转的铜辊，将喷敷其上的液态金属经快速凝固后甩离辊面，形成厚度约几到几十微米的非晶及微晶带材。该法可以获得1000000K/s的冷却速率，是常用方法之一。深过冷深过冷是指通过避免或消除异质晶核并抑制均质形核，使液态金属获得在常规凝固条件下难以达到的过冷度。（2）铜模铸造法该法是目前制备大块非晶合金最常用的方法。传统的铜模

4、铸造是将金属液直接浇注到金属型(铜模)中使其快速冷却获得BMG，金属型冷却方式分为水冷和无水冷两种。浇注方式有压差铸造、真空吸铸和挤压铸造等。试块的形状则可以是楔形、阶梯形、圆柱形或片状等。楔形铜模可在单个铸锭中得到不同的冷速，组织分析对比性强，通过非晶合金的临界厚度可以度量合金的玻璃形成能力。（3）熔体水淬法熔体水淬法属于直接凝固的一种，水淬法通常与熔融玻璃包覆合金法结合使用。常用的包覆剂为B2O3,它既是吸附剂,吸附熔体内的杂质颗粒，又是包覆剂，隔离合金熔体，避免其与冷却器壁直接接触而诱发非均匀形核。通过对金属熔体进

5、行水淬就可以得到非晶态合金棒材或丝材。这种方法对与石英管壁有强烈反应的合金不适用。由于水的比热比铜高,导热性不如铜，因此，冷却效率比铜模要差。（4）抑制形核法避免非均质形核的措施有以下几种：减少污染，提高合金元素纯度。选用与晶核的晶体结构和点阵常数差别大的冷却模材料。为获得尽可能快的冷却速率,优先选择高热导率的冷却模。在惰性气体中熔炼和冷却。常用的抑制形核技术有落管技术、熔融玻璃净化技术、磁悬浮和静电悬浮及超声悬浮技术等。这种方法由于熔体在凝固过程中不与容器接触或软接触，从而消除了异质形核，有利于玻璃态结构的形成。（5）

6、粉末冶金技术利用非晶态固体在过冷液相区内有效粘度大幅度下降的特性,施加一定的压力使材料发生均匀流变,从而复合为块体。用粉末冶金制备出的大块非晶合金,不仅要满足密实,而且要避免晶化。所制设备的块体材料在纯度、致密度、尺寸和成形等方面受到很大限制。（6）自蔓延反应合成法选取锆、铝、镍、铜元素粉末作为合成材料，按一定的配比混制成粉末混合体。将混合粉末压制成粉末压坯，将压坯置于充氩气的反应容器内，采用连续CO2激光器在压坯一端点火，引发自蔓延反应。该法是制备非晶态复合材料的可行的方法，优点是产品近净成型,容易进入实用化和工业化生

7、产。（7）定向凝固铸造法采用这种方法要控制定向凝固速率和固、液界面前沿液相温度梯度，而定向凝固所能达到的理论冷却速度可通过这两个参数乘积估算，这种方法适于制作截面积不大但比较长的样品。单向熔化法上述工艺属分阶段进行的,不连续，用它们制备的棒材长度较短，不适于作为生产大型部件用的原材料。为此，开发了单向熔化法(亦称单向凝固法或区域熔化法)。把原料合金放入呈凹状的水冷铜模内，利用高能量热源使合金熔化。由于铜模和热源至少有一方移动(移动速度大于10mm/s),所以加热后形成的固化区之间产生大的温度梯度G和大的固液界面移动速度v

8、，从而获得高的冷却速度，使熔体快速固化，形成连续的块体非晶合金。目前，用该工艺已能制备长300mm、宽12mm、高10mm的Zr2Al2Ni2Cu2Pd系块体非晶体。大块非晶合金的连续铸轧在真空条件下，根据大块非晶合金产品的截面形状和长度尺寸，选择水冷轧辊的孔型，调整水冷轧辊的辊缝尺寸，以保证轧铸时大块非晶合金连续；