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1、铜基块体非晶合金的制备方法作者曹鹏军仵海东范培耕主要内容引言12从晶态固体制备法3总结4从液相制备法引言材料准晶非晶晶体引言铜基镁基锆基铁基非晶合金的种类引言20世纪90年代末,日本东北大学A.Inoue研究小组和美国加州理工大学W.L.Johnson研究小组为代表,开发出了具有实用的工程应用背景的铜基块体非晶合金.铜基块体非晶合金具有许多优异的性能,如强度高、硬度高、耐蚀性强等,在工业、体育器材、军工、宇航、电子等领域中具有广阔的应用前景.铜基非晶合金的制备方法从液相制备非晶态固体根据材料原始状态的不同从晶态固体制备非晶态固体从液相制备非晶态固体定向凝固法水
2、淬法压力模型铸造法射流成型法电弧熔炼铜模吸铸法从液相制备感应加热铜模浇铸法水淬法水淬法是将合金置于石英管中,熔化后连同石英管一起淬入流动水中,以实现快速冷却,形成大块非晶。实现这个过程有两种途径:一种是将石英管置于封闭的保护气氛系统中进行加热,同时水淬过程也是在封闭的保护气氛系统中进行;另一种是将石英管直接在空气中加热,管内须充入保护气体,待合金熔化后再将石英管淬入流动水中电弧熔炼铜模吸铸法在惰性气体保护下用电弧迅速将合金加热至液态,然后利用负压将熔融合金直接吸入循环水冷却的铜模中,利用水冷铜模导热快实现快速冷却,以获得大块非晶合金该法是在气氛压力与大气压接近
3、的保护气氛体系中熔炼合金,所以没有明显的气孔;由液态转入冷却模的时间较短,能达到较高的冷却速率,工艺过程比较简单,也易于操作由于铜模的冷却速率有限,所以制备大块非晶合金的尺寸有限.优点缺点感应加热铜模浇铸法该法是将合金置于底端开孔的石英管中,通过电感线圈在合金中产生的涡流加热使得合金迅速熔化.由于表面张力使液态合金不会自动滴漏,故需要从石英管顶部外加一个正气压将其吹入铜模。与电弧加热吸铸法相比,感应加热浇铸法具有加热温度可控性强,铜模不被直接加热等优点,但是在浇铸时容易混入保护气体,形成气孔.射流成型法射流成型法是将母合金置于底部有小孔的石英管中,将母合金熔化
4、后,在石英管上方导入氢气,液态母合金在压力的作用下从小孔中喷出,注入下方的水冷铜模型腔内,使其快速冷却而得到非晶合金..这种方法具有较高的冷却速率,非晶形成能力较强.但是该方法较复杂,技术难度较大,而且有可能得到非晶粉末压力模型铸造法首先将合金在熔化腔中熔化,然后将熔化的合金以一定速度和压力压入金属模型腔中,以实现快速冷却而形成大块非晶合金.由于液态金属对金属模型腔的充填速度很快,并保持较大的压力,与金属模铸造相比,这种方法具有更快的冷却速率,更有利于形成大块非晶合金.用这种方法还可以直接制作形状较复杂的大块非晶合金零件。定向凝固法这种方法要控制定向凝固速率和
5、固/液界面前沿液相温度梯度,定向凝固所能达到的理论冷却速度可以通过两个参数乘积估算,即R=GV,可见温度梯度G越大,定向凝固速率V越快,冷却速率则越大,可以制备的非晶的截面尺寸也越大,这种方法适于制作截面积不大但比较长的样品铜基非晶合金的制备方法机械合金化法机械合金化法是将元素粉末按比例混合,在高纯氩气的保护下在球磨机中进行机械合金化制备非晶态合金.利用磨球的冲击力等通过粉末元素之间的固相扩散进行合金化,能获得用传统熔炼法所不能获得的合金材料.但该法耗时长及存在容器和磨球污染粉末的问题,并且此法依附于装置的因素较多,产品的再现几率低.另外,机械合金化合成的材料
6、均为粉末状,需进一步固化成形.固结成型法固结成型法是将元素粉末在过冷温度区间进行超塑性变形而固结成型.粘滞性牛顿流体所导致的超塑性变形行为具有普通的晶体材料超塑性变形所无法比拟的优点.这种制备方法在一定程度上可以突破直接凝固法制备大块非晶合金在成分上和尺寸上受到的限制,因而可以在更多的合金体系中制备尺寸更大的非晶合金.总结目前,对金属玻璃的制备方法很多,但主要是从制备和成分的优化设计等方面展开。采用不同的制备方法,铜基非晶合金的冷却速率各异.一般说来,在冷却条件一定时,所制备的样品体积越大,其凝固的冷却速率越小,样品的体积与其凝固的冷却速率两者很难兼得.铜基非
7、晶合金的在制备上的简化将为铜基非晶在结构材料方面的应用带来突破性的进展。以及对铜基非晶合金应用紧密有关的力学、热学、磁学等性能的深人了解,铜基非晶合金这种新型亚稳材料必将得到更为广泛的应用。谢谢！
