块体非晶合金材料地性能、的综述及展望

《块体非晶合金材料地性能、的综述及展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实用标准文案块体非晶合金材料的性能、应用以及展望引言：非晶态合金又称为金属玻璃，具有长程无序、短程有序的亚稳态结构特征。固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。与传统的晶态合金相比，非晶合金具备很多优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨和耐腐蚀等，因而引起人们极大的兴趣。一、非晶合金的发展历程自1960年加州理工学院的P.Duwez小组采用液态喷雾淬冷法以106K/s的冷却速率从液态急冷获得Au-Si非晶合金以来，人们主要通过提高冷却速度的方法来获得非晶态结构。由

2、于受到高的临界冷却速率的限制，只能获得低维的非晶材料（非晶粉、丝、薄带等），这在很大程度上限制了非晶的应用，特别是阻碍了对其力学、物理等性能的研究。20世纪80年代末90年代初，日本东北大学（TohokuUniversity）的T.Masumoto和A.Inoue等人发现了具有极低临界冷却速率的多元合金系列，如Mg-TM-Ln，Ln-AI-TM，Zr-AI-TM，Hf-AITM，Ti-Zr-TM（Ln为铡系元素，TM为过渡族元素）。1993年W.L.Johnson等人发现了具有临界冷却速率低达1K

3、/s的Zr基大块非晶合金。经过二十多年的发展，非晶从只有几个微米到现在的厘米级别，现在已经有6个体系（锆基:Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5，Zr55Al10Ni5Cu30；铂基：Pd40Cu30Ni10P20；钇基：Y36Sc20Al24Co20；钯基：Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5；镁基：Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11）临界尺度达到了20mm。对非晶态的大量研究表明，非晶合金中不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷，非晶合金具有传统的晶态金属所不具有

4、的诸多优良性能，如良好的机械、物理、化学性能以及磁性能。鉴于大块非晶合金优良的力学、化学及物理性能以及在电子、机械、化工、国防等方面具有广泛的应用前景，大块非晶合金的研制就具有重要的技术和经济价值，是一个具有广阔发展前景的研究领域。二、块体非晶合金的形成机理1、合金的形成特点合金熔体形成非晶态合金的过程与凝固结晶过程有较大的不同。非晶态合金在凝固时，随着冷速的增大和温度的降低，熔体连续地和整体地凝固成非晶合金。而晶态合金在凝固时，晶体的形成经历了形核和长大两个阶段，并且通过固液界面的运动从局部到整

5、体逐步凝固结晶。2、形成条件按照传统的凝固理论，熔融的金属与合金在冷却过程中如果抑制了非均匀形核并跨越结晶区而被“冻结”，即可获得非晶态。要使金属或合金获得玻璃态组织，首先应使其熔体具有有利于形成玻璃态的合理结构，使原子在随后的冷却过程中重新排列较为困难。这种结构与合金的种类、组元原子半径差及原子间结合的本性有关，取决于非晶形成过程中的热力学和动力学。其次，应有适当高的冷却速率，减少或消除异质形核。以上分别为非晶形成的内部和外部条件，下面分别从结构条件、热力学条件以及动力学条件等方面详细论述。2.

6、1结构条件结构条件是影响非晶合金形成的主要因素。组元原子的半径差别越大，原子在无序密集排列时的密度越大，越有利于组成密集随机堆垛结构，位形改变就越困难，则越容易形成非晶。精彩文档实用标准文案2.2热力学条件根据热力学原理，合金系统由液相向固态转变时自由能变化可表述为△G=△H-T△S。这里△H和△S分别为从液相转变为固相的焓变和熵变。如果合金从液相发生结晶转变时的自由能变化很小，则这个过程的热力学驱动力就小，不容易发生结晶转变，而更容易形成非晶。为了降低△G，应使系统形成非晶的△H减小，△S增大。

7、多组元会使△S提高，原子的密集随机堆垛会使△H降低，并增加固/液界面能。原子间大的负混合焓和较大的原子半径差都会使原子的密集程度增加而降低△H，这是Inoue所提出的三条经验法则的热力学基础。2.3动力学条件从动力学的观点来看，讨论非晶合金形成的关键问题不是材料从液态冷却时是否会形成非晶，而是讨论在什么条件下能使液态金属冷却到玻璃转变温度以下而不发生明显的结晶Turnbull认为，在不同的过冷度下，如果最大成核Imax小于1，结晶过程就易被抑制而形成非晶态。合金熔体的粘度越大，特别是随着熔体温度的

8、下降粘度增长得越快，熔体在凝固时通过原子扩散满足形核结晶时所需要的结构与成分条件也就越困难，因而越有利于金属玻璃的形成。块状非晶合金液相中存在大量异类原子偏聚局域结构及原子紧密堆垛结构，这些结构将大大增加液相的粘度，因此，非晶形成能力强。。块状非晶合金采用原子尺寸差异较大的多组元组合，使该系统的固液界面能提高，结晶生核率很低，结晶生长速率也很低，非常显著地抑制了液态冷却过程中的结晶形核与长大，使该系统很容易形成块状非晶合金。3、形成判据从非晶合金的发展历史看，每出现一个非晶合理的判