1、非晶态合金AmorphousAlloys1非晶体非晶体晶体晶体23l1934年德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。年德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。l1950年，布伦纳用电沉积法制备出了年，布伦纳用电沉积法制备出了NiP非晶态合金。非晶态合金。l1960年，年，DUWEZ等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃并开始进行研究。并开始进行研究。l1969年，美国人庞德和马丁研究了生产非晶态合金带材年，美国人庞德和马丁研究了生产非晶态合金带材的技术，为规模生产奠定了技术基础。的技术，为规模生产奠定了技术基础。l1976年，美国联信公司生产出年，美国联信公
2、司生产出10mm宽的非晶态合金带宽的非晶态合金带材，到材，到1994年已经达到年产年已经达到年产4万吨的能力。目前美国能万吨的能力。目前美国能生产出最大宽度达生产出最大宽度达217mm的非晶带材。的非晶带材。l2000年年9月月20日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线上日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线上成功地喷出了宽成功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它、表面质量良好的非晶带材，它标志着我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。标志着我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。4Fe80B20结构结构非晶合金带非晶合金带5l液态金属不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速液态金属
3、不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速度度RC。从理论上讲，只要冷速足够大。从理论上讲，只要冷速足够大(大于大于RC)，所有，所有金属都可获得非晶态。但目前能获得的最大冷速为金属都可获得非晶态。但目前能获得的最大冷速为106/秒，因此临界冷速小于秒，因此临界冷速小于106/秒的纯金属尚无秒的纯金属尚无法制得非晶态。熔体法制得非晶态。熔体在大于临界冷速冷却在大于临界冷速冷却时原子扩散能力显著时原子扩散能力显著下降，最后被冻结成下降，最后被冻结成非晶态的固体。固化非晶态的固体。固化温度温度Tg称玻璃化温度称玻璃化温度.非晶非晶CCT曲线曲线67具体工艺可分为射流成型、高压铸造、吸铸等。Pd83Fe
4、7Si10非晶材料是一种大有前途的新材料，但它也存在着不足，其主要缺点是：High Hardness主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差；Ti-Ni-Cu-Sn非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。例如非晶态铝合金的抗拉强度(1140MPa)是超硬铝抗拉强度(520MPa)的两倍。具有很宽的过冷液相区。Cr对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著，此外还有P.比热和热膨胀系数在Tg处不连续。非晶材料在热力学上不稳定，受热有晶化倾向。Computer simulation of the disordered atomic structure of a three-component metal
5、lic glass非晶材料是一种大有前途的新材料，但它也存在着不足，其主要缺点是：Die casting of Metallic Glass can make highly precise partsBallistic tests conducted by the Army have proven that the amorphous tungsten composite KEP exhibits self-sharpening similar to the DU KEP.Fabrication Process Similar to PlasticsComputer simulation of
6、 the disordered atomic structure of a three-component metallic glass温度系数为零的非晶态合金在一些仪表测量中具有广阔的应用前景。离心法和单辊法由于单面接触冷却，尺寸精度和表面光洁度不理想，但产品宽度可达10mm以上，长度可达100m以上；l体积、热焓、熵在体积、热焓、熵在Tg处连续，处连续，但斜率发生变化；但斜率发生变化；l比热和热膨胀系数在比热和热膨胀系数在Tg处不处不连续。连续。lTg与冷与冷速有关速有关,冷速越冷速越快，快，Tg越高。越高。8l非晶态形成条件非晶态形成条件:l冷却速度：利用金属和合金非晶态形成的冷却速度：
7、利用金属和合金非晶态形成的TTT曲线或曲线或CCT曲线可估算或确定曲线可估算或确定 RC：RC=(Tm-Tn)/tn（Tm为熔为熔点，点，Tn、tn分别为分别为C曲线鼻尖所对应的温度和时间）曲线鼻尖所对应的温度和时间）9SEM image of a tensile failure surface produced at a high strain rate.非晶金刚石涂覆的膝关节和髋关节还可用来制作各种切削刀具和保安刀片。含8%Cr的铁基非晶态合金在各种介质中都显示出其优越的抗蚀特性，如在1mol的盐酸溶液中，在30下浸泡168小时后，Fe70Cr10P13C7和Fe65Cr10Ni5P13C
8、7非晶态合金的腐蚀速度为零，而晶态的18-8不锈钢腐蚀速率则为10mm/年。Cr对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著，此外还有P.Al-Y-M合金非晶形成的成分范围Non-Magnetic非晶金刚石涂覆的膝关节和髋关节滑移，而非晶合金的原子排列是无序的，有很高的自由体积，外力作用时，可重新排列形成另一稳定的组态，因而非晶态合金屈服时呈整体屈服而不是局部屈服，具有很高的屈服强度。Liquidmetal putters have a soft feel when striking the ball,which the makers claim provides players with improve
9、d touch on putting greens.Skis and Snowboards临界冷速RC/KS-1SEM image of a tensile failure surface produced at a high strain rate.因而，成分位于共晶点附近的合金易于形成非晶.Zr-Ti-TM-Be装孔附近易产生裂纹，而非晶态合金强度高，且具有塑性变形能力，可阻止裂纹的产生和扩展。非晶态合金磁性材料具有高导磁率、高磁感、低铁损和低矫顽力等特性，而且无磁各向异性。非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。l化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大化学成分：组元间电负性与原子
10、尺寸相差越大(10%20%),越容易形成非晶态。因而过度族金属或贵金属越容易形成非晶态。因而过度族金属或贵金属与类金属与类金属(B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属稀土金属与过度族金属、后后过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶.Al-Y-M合金合金非晶形成的成非晶形成的成分范围分范围Al-Y相图相图10l熔点和玻璃化温度之差熔点和玻璃化温度之差 T：T=Tm-Tg，T越小，越小，形成非晶倾向越大。形成非晶倾向越大。因而，成分位于共晶因而，成分位于共晶点附近的合金易于形点附近的合金易于形成非晶成非晶.l*说明：右图中横坐标说明：右图
11、中横坐标为为A、B两组元电负性两组元电负性差的绝对值；纵坐标差的绝对值；纵坐标为为A、B原子因极化作原子因极化作用而引起的效应。用而引起的效应。11l1、气态急冷法：、气态急冷法：l气态急冷法一般称为气相沉积法气态急冷法一般称为气相沉积法(PVD和和CVD)，PVD主要包括溅主要包括溅射法和蒸发法，这两种方法都在射法和蒸发法，这两种方法都在真空中进行。真空中进行。l溅射法是通过在电场中加速的粒溅射法是通过在电场中加速的粒子轰击用母材制成的靶（阴极子轰击用母材制成的靶（阴极)，使被激发的物质脱离母材而沉积使被激发的物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上而形在用液氮冷却的基板表面上而形成非晶态
12、薄膜。成非晶态薄膜。磁控溅射非晶合金薄膜磁控溅射非晶合金薄膜12l发蒸法是将合金母材加热汽化，所产生的蒸汽沉积发蒸法是将合金母材加热汽化，所产生的蒸汽沉积在冷却的基板上而形成非晶薄膜。这两种方法制得在冷却的基板上而形成非晶薄膜。这两种方法制得的非晶材料只能是小片的薄膜，不能进行工业生产的非晶材料只能是小片的薄膜，不能进行工业生产,但由于其可制成非晶范围较宽，因而可用于研究。但由于其可制成非晶范围较宽，因而可用于研究。物理气相沉积设备物理气相沉积设备13l2、熔体态急冷法：、熔体态急冷法：l目前最常用的液态急冷法是旋辊急冷法，分为单辊目前最常用的液态急冷法是旋辊急冷法，分为单辊法和双辊法。单辊法
13、是将试块放入石英坩埚中，在法和双辊法。单辊法是将试块放入石英坩埚中，在氩气保护下用高频感应加热使其熔化，再用气压将氩气保护下用高频感应加热使其熔化，再用气压将熔融金属从管底部的扁平口喷出，落在高速旋转的熔融金属从管底部的扁平口喷出，落在高速旋转的铜辊轮上，经过急冷立即形成很薄的非晶带。铜辊轮上，经过急冷立即形成很薄的非晶带。141516铁基铁基铁镍基铁镍基17l离心法和单辊法由于单面接触冷离心法和单辊法由于单面接触冷却，尺寸精度和表面光洁度不理却，尺寸精度和表面光洁度不理想，但产品宽度可达想，但产品宽度可达10mm以上，以上，长度可达长度可达100m以上；双辊法尺寸以上；双辊法尺寸精度好，但调
14、节比较困难，只能精度好，但调节比较困难，只能制作宽度在制作宽度在10mm以下的薄带。以下的薄带。非晶态合金生产线示意图非晶态合金生产线示意图浇注机浇注机测量系统测量系统卷带机卷带机非晶合金非晶合金丝材内圆水纺制备过程丝材内圆水纺制备过程水水1819l3、非晶态合金块材制备方法、非晶态合金块材制备方法l大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成能力。能力。Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律：等人提出了三条简单的经验性规律：l为了控制冷却过程中的非均匀为了控制冷却过程中的非均匀形核：一要提高合金的纯度，形核：一要提高合金的纯度，减少杂质；二
15、要采用高纯惰性减少杂质；二要采用高纯惰性气体保护，尽量减少含氧量。气体保护，尽量减少含氧量。l合金系由三个以上组元组成；合金系由三个以上组元组成；l主要组元的原子有主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差；以上的原子尺寸差；l各组元间有大的负混合热；各组元间有大的负混合热；20l可从图中对比结晶和非晶的形成过程。晶体的生长过可从图中对比结晶和非晶的形成过程。晶体的生长过程一般是程一般是ABE，非晶形成过程是，非晶形成过程是ABC。图中。图中D 表示非晶的晶化。为了制备非晶合金，必须抑制过表示非晶的晶化。为了制备非晶合金，必须抑制过程程E、D 的发生。的发生。21化学成分：组元间电负性与原子尺寸相
16、差越大(10%20%),越容易形成非晶态。可从图中对比结晶和非晶的形成过程。由于磁损耗很低，用非晶态磁性材料代替硅钢片制作变压器，可节约大量电能。图中D 表示非晶的晶化。气体、液体、固体的原子分布函数九十年代以来，人们开发出大块非晶合金。冷却速度：利用金属和合金非晶态形成的TTT曲线或CCT曲线可估算或确定 RC：RC=(Tm-Tn)/tn（Tm为熔点，Tn、tn分别为C曲线鼻尖所对应的温度和时间）晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱这类块状非晶合金体系具有如下特点：Co-Fe-(Zr,Hf,Nb)-B非晶态的铁合金是极好的软磁材料，它容易磁化和退磁，比普通的晶体磁性材料导磁率高、损耗小，电阻率大
17、。晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱18Cr-8NiNi-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。Zr-(Nb,Pd)-Al-TM这种模型的径向分布函数与实测结果符合较好。因而过度族金属或贵金属与类金属(B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属、后过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶.非晶金刚石涂覆的膝关节和髋关节Zr-Ti-TM-BeGolf club with face plate of metallic glass.22l典型块状非晶合金：典型块状非晶合金：Pd40Ni10Cu30P2023合金系合金系最大厚度最大厚度/mm临界冷速临界冷
18、速RC/KS-1发现年代发现年代非非铁铁磁磁性性Mg-Ln-M(Ln镧系镧系,MCu,Ni,Zn)10 2001988Ln-Al-TM(TM过渡族金属过渡族金属)10 2001989Ln-Ga-TM1989Zr-Al-TM 301101990Zr-Ti-Al-TM1990Ti-Zr-TM1993Zr-Ti-TM-Be 30151993Zr-(Nb,Pd)-Al-TM1995Pd-Cu-Ni-P 750.131996Pd-Ni-Fe-P1996Pd-Cu-B-Si1997Ti-Ni-Cu-Sn1998铁铁磁磁性性Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)3 4001995Fe-(Nb,Mo
19、)-(Al,Ga)-(P,B,Si)1995Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)1996Fe-(Zr,Hf,Nb)-(B)61996Co-Fe-(Zr,Hf,Nb)-B1996Ni-(Zr,Hf,Nb)-(Cr,Mo)-B1996Fe-Co-Ln-B1998Fe-(Nb,Cr,Mo)-(P,C,B)1999Ni-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)199924l大块非晶合金的主大块非晶合金的主要制备方法：要制备方法：l熔体水淬法：此熔体水淬法：此方法是将试样用低方法是将试样用低熔点氧化物熔点氧化物(如如B2O3)包裹起来，在石英包裹起来，在石英管中感应加热熔化管中感应加热熔化,最后淬入水中得到最
20、后淬入水中得到非晶态合金试样。非晶态合金试样。水淬块状非晶合金制品水淬块状非晶合金制品25l金属模铸造法金属模铸造法 将高纯元素在氩保下熔融混合后浇将高纯元素在氩保下熔融混合后浇注到铜模中。具体工艺可分为射流成型、高压铸造、注到铜模中。具体工艺可分为射流成型、高压铸造、吸铸等。吸铸等。l此外还有悬浮熔炼法、落管技术法、单向区域熔炼此外还有悬浮熔炼法、落管技术法、单向区域熔炼法、高压复合法等。法、高压复合法等。大块非晶试样制备装置大块非晶试样制备装置大块非晶试棒大块非晶试棒26Zr-Ti-Cu-Ni-Al合金合金Mg合金合金27非晶中的切变带非晶中的切变带含有晶相的复相组织含有晶相的复相组织28
21、而非晶态的Fe-Cr合金可以弥补不锈钢的这些不足。而非晶态的Fe-Cr合金可以弥补不锈钢的这些不足。非晶态合金延伸率低但并不脆，而且具有很高的韧性，非晶薄带可以反复弯曲180而不断裂，并可以冷轧，有些合金的冷轧压下率可达50%。不锈钢在含有氯离子的溶液中，易发生点腐蚀、晶间腐蚀，甚至应力腐蚀和非晶态磁性材料还可以做磁屏蔽件、小型铁芯、磁分离器等小型部件。多数非晶态合金具有负的电阻温度系数，即随温度升高电阻率连续下降。从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当液体以大于RC速度冷却时，其粘度逐渐增大，温度达到Tg时凝固为非晶态固体，其体积大于同条件的晶体.Unique Acoustical
22、Properties此外，非晶态合金组织结构均匀，不存在晶界、位错、成分偏析等腐蚀形核部位，不易产生点蚀。Zr-Ti-TM-Be在描述非晶材料结构的模型中(如微晶、随机网络、硬球无规密堆等)，多数人共认的是硬球无规密堆模型，该模型把原子假设为不可压缩的硬球，均匀、连续、无规地堆积，结构中没有容纳另一硬球的空间.Deformation characteristics of metallic glassAmorphous metals greatly contribute to the reduction of this no-load loss.5-2nm 的具有五次对称性的二十面体微小颗粒组成
23、,其微结构适合于用微晶结构模型描述.通常晶化温度Tx要比Tg高几十度。Transformers connected to a power source cause loss at all times.由于磁损耗很低，用非晶态磁性材料代替硅钢片制作变压器，可节约大量电能。非晶态合金耐腐蚀，特别是在氯化物和硫酸盐中的抗腐蚀性大大超过不锈钢，获得“超不锈钢”的称号。Zr-Ti-Cu-Ni-Al合金腐蚀速率/mma-1l非晶态合金的结构与液态金属结构相似，原子排列没非晶态合金的结构与液态金属结构相似，原子排列没有长程的对称性和周期性，这已为有长程的对称性和周期性，这已为X衍射实验所证实衍射实验所证实,
24、非晶体在透射电镜下的非晶体在透射电镜下的衍射花样由较宽的晕和衍射花样由较宽的晕和弥散环组成。在非晶态弥散环组成。在非晶态合金中，没有晶界、位合金中，没有晶界、位错等晶态合金所特有的错等晶态合金所特有的晶格缺陷。晶格缺陷。非晶合金衍射花样非晶合金衍射花样29普通(a)和块状非晶(b,c)的TTT曲线非晶金刚石涂覆的膝关节和髋关节非晶铝合金在1M HCl中的动电位极化曲线Superior Elastic LimitAmorphous metals greatly reduces energy loss晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱Ballistic tests conducted by the
25、Army have proven that the amorphous tungsten composite KEP exhibits self-sharpening similar to the DU KEP.Fe72Cr8P13C7非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。17Cr-14Ni-2.Ti-Ni-Cu-SnSuperior Elastic LimitLow Melting Temperature非晶材料是一种大有前途的新材料，但它也存在着不足，其主要缺点是：*说明：右图中横坐标为A、B两组元电负性差的绝对值；Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)非晶态合金和
26、晶态不锈钢在10%FeCl310H2O溶液中的腐蚀速率发蒸法是将合金母材加热汽化，所产生的蒸汽沉积在冷却的基板上而形成非晶薄膜。非晶金刚石涂覆的膝关节和髋关节例如非晶态铝合金的抗拉强度(1140MPa)是超硬铝抗拉强度(520MPa)的两倍。DSC曲线曲线XRD曲线曲线DSC示差扫描量热；示差扫描量热；XRDX-射线衍射射线衍射30l1、非晶态结构的描述方法、非晶态结构的描述方法l与晶态相比，非晶态结构是与晶态相比，非晶态结构是一种无序结构，但不象气体一种无序结构，但不象气体那样原子排列完全没有规则那样原子排列完全没有规则,而存在短程有序。而存在短程有序。31l描述非晶态结构目前通用的方法是统
27、计方法，即在描述非晶态结构目前通用的方法是统计方法，即在非晶态材料中以任一原子为中心，在和它相距为非晶态材料中以任一原子为中心，在和它相距为r+dr的球壳中发现另一的球壳中发现另一 个原子的几率为：个原子的几率为：drrrgVNrJ24)()(VN式中，式中，J(r)为径向分布为径向分布函数函数RDF；为单位为单位体积中的原子数；体积中的原子数；g(r)为双体相关函数。为双体相关函数。径向分布函径向分布函数示意图数示意图g(r)32lRDF或或 g(r)可以在一定程度上反映非晶态结构的统可以在一定程度上反映非晶态结构的统计性质。比较气态、非晶态和晶态的双体相关函数计性质。比较气态、非晶态和晶态
28、的双体相关函数可以看出，非晶态结构与液态非常接近，存在一定可以看出，非晶态结构与液态非常接近，存在一定的短程有序，而与气态和晶态则差别显著。的短程有序，而与气态和晶态则差别显著。RDF和和g(r)可通过可通过X射线衍射确定射线衍射确定,但它给出的仅是有关结但它给出的仅是有关结构的一维信息，不能给出结构的具体细节。构的一维信息，不能给出结构的具体细节。气体、液体、固体的原子分布函数气体、液体、固体的原子分布函数33l2、非晶态结构模型、非晶态结构模型l在描述非晶材料结构的模型中在描述非晶材料结构的模型中(如微晶、随机网络、硬球无如微晶、随机网络、硬球无规密堆等规密堆等)，多数人共认的是，多数人共
29、认的是硬球无规密堆模型，该模型把硬球无规密堆模型，该模型把原子假设为不可压缩的硬球，原子假设为不可压缩的硬球，均匀、连续、无规地堆积，结均匀、连续、无规地堆积，结构中没有容纳另一硬球的空间构中没有容纳另一硬球的空间.这种模型的径向分布函数与实这种模型的径向分布函数与实测结果符合较好。现有各种模测结果符合较好。现有各种模型都存在不足。型都存在不足。晶态晶态非晶态非晶态34影响非晶态合金耐蚀性的重要因素是合金成分。非晶合金(Nd60FexCo30-xAl10模铸棒)组织非晶体在透射电镜下的衍射花样由较宽的晕和弥散环组成。非晶态磁性材料还可以做磁屏蔽件、小型铁芯、磁分离器等小型部件。四、非晶态合金的
30、特性具有很宽的过冷液相区。图中D 表示非晶的晶化。可以用于海洋和医学方面，如制造海上军用飞机电缆，鱼雷，化学滤器，反应容器等。普通(a)和块状非晶(b,c)的TTT曲线由于采用急冷法制备，使其厚度受到限制；The transformer application represents the biggest area for amorphous metals.Ti-Ni-Cu-Sn18Ni-9Co-5Mo1、非晶态结构的描述方法多数非晶态合金具有负的电阻温度系数，即随温度升高电阻率连续下降。这类块状非晶合金体系具有如下特点：非晶态合金具有很强的耐腐蚀能力。为了控制冷却过程中的非均匀形核：一要提高
31、合金的纯度，减少杂质；非晶态结构是一种亚稳结构，加热到Tg以上时，其粘度下降，原子扩散能力增大，在一定温度下(通常为400900)发生晶化而失去非晶态结构。此外，非晶态合金组织结构均匀，不存在晶界、位错、成分偏析等腐蚀形核部位，不易产生点蚀。35非晶体非晶体晶体晶体Computer simulation of the disordered atomic structure of a three-component metallic glass36l从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当液体以大于液体以大于RC速度冷却时，其粘度逐渐增大，温度
32、达速度冷却时，其粘度逐渐增大，温度达到到Tg时凝固为非晶态固体，其体积大于同条件的晶体时凝固为非晶态固体，其体积大于同条件的晶体.液体急冷液体急冷非晶化时非晶化时粘度、体粘度、体积的变化积的变化 体积体积大大粘性粘性小小液体液体过冷液体过冷液体液体液体晶体晶体晶体晶体过冷液体过冷液体液体液体固体固体非晶态固体非晶态固体非晶态固体非晶态固体温度温度l非晶态结构是一种亚稳结构，加非晶态结构是一种亚稳结构，加热到热到Tg以上时，其粘度下降，原以上时，其粘度下降，原子扩散能力增大，在一定温度下子扩散能力增大，在一定温度下(通常为通常为400900)发生晶化而发生晶化而失去非晶态结构。通常晶化温度失去非
33、晶态结构。通常晶化温度Tx要比要比Tg高几十度。高几十度。Tx-Tg的值的值越大，非晶态的稳定性越高。越大，非晶态的稳定性越高。37Die casting of Metallic Glass can make highly precise parts 38l1、力学性能、力学性能l非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。例如非晶态铝合金的抗拉强度例如非晶态铝合金的抗拉强度(1140MPa)是超硬铝抗是超硬铝抗拉强度拉强度(520MPa)的两倍。非晶态合金的两倍。非晶态合金Fe80B20抗拉强抗拉强度达度达3630MPa，而晶态超高强度钢的抗拉
34、强度仅为，而晶态超高强度钢的抗拉强度仅为 18202000MPa，可见非晶态合金的强度远非合金钢，可见非晶态合金的强度远非合金钢所及。非晶态合金强度高的原因是由于其结构中不存所及。非晶态合金强度高的原因是由于其结构中不存在位错，没有晶体那样的滑移面，因而不易发生滑移在位错，没有晶体那样的滑移面，因而不易发生滑移.39比强度比强度屈服强度屈服强度40l晶体受到剪切应力时，会以位错为媒介在特定晶面上晶体受到剪切应力时，会以位错为媒介在特定晶面上 滑移，而非晶合金的滑移，而非晶合金的原子排列是无序的，原子排列是无序的，有很高的自由体积，有很高的自由体积，外力作用时，可重新外力作用时，可重新排列形成另
35、一稳定的排列形成另一稳定的组态，因而非晶态合组态，因而非晶态合金屈服时呈整体屈服金屈服时呈整体屈服而不是局部屈服，具而不是局部屈服，具有很高的屈服强度。有很高的屈服强度。414243SEM image of shear steps formed by the propagation of highly localized shear bands during rolling of a bulk metallic glass specimen.SEM image of a tensile failure surface produced at a high strain rate.The sme
36、ared voids and droplets are indicative of the significant material softening and viscous flow within the shear band.44Fabrication Process Similar to Plastics装孔附近易产生裂纹，而非晶态合金强度高，且具有塑性变形能力，可阻止裂纹的产生和扩展。非晶态合金Fe80B20抗拉强度达3630MPa，而晶态超高强度钢的抗拉强度仅为 18202000MPa，可见非晶态合金的强度远非合金钢所及。Low Melting TemperatureThe tra
37、nsformer application represents the biggest area for amorphous metals.冷却速度：利用金属和合金非晶态形成的TTT曲线或CCT曲线可估算或确定 RC：RC=(Tm-Tn)/tn（Tm为熔点，Tn、tn分别为C曲线鼻尖所对应的温度和时间）四、非晶态合金的特性Fe65Cr10Ni5P13C718Ni-9Co-5MoThe smeared voids and droplets are indicative of the significant material softening and viscous flow within th
38、e shear band.Fe72Cr8P13C7普通非晶合金晶化后的组织这两种方法制得的非晶材料只能是小片的薄膜，不能进行工业生产,但由于其可制成非晶范围较宽，因而可用于研究。Transformers connected to a power source cause loss at all times.Ti-Ni-Cu-Sn在晶化前发生相分离。17Cr-14Ni-2.非晶态结构是一种亚稳结构，加热到Tg以上时，其粘度下降，原子扩散能力增大，在一定温度下(通常为400900)发生晶化而失去非晶态结构。钴基非晶合金电阻率随温度变化具体工艺可分为射流成型、高压铸造、吸铸等。合金合金 硬度硬度HV
39、断裂强度断裂强度MPa延伸率延伸率%弹性模量弹性模量MPa非非晶晶态态合合金金 Pd83Fe7Si10401818600.166640Cu57Zr43529219600.174480Co75Si15B10891830000.253900Fe80P13C7744830400.03121520Ni75Si8B17840826500.1478400晶态晶态 18Ni-9Co-5Mo 181021301012 45l非晶态合金延伸率低但并不脆，非晶态合金延伸率低但并不脆，而且具有很高的韧性，非晶薄带而且具有很高的韧性，非晶薄带可以反复弯曲可以反复弯曲180而不断裂，并而不断裂，并可以冷轧，有些合金的冷
40、轧压下可以冷轧，有些合金的冷轧压下率可达率可达50%。非晶合金的脆性断裂非晶合金的脆性断裂非晶合金的韧性断裂非晶合金的韧性断裂各种合金弹性应变极限比较各种合金弹性应变极限比较4647l2、耐蚀性、耐蚀性l非晶态合金具有很强的耐腐非晶态合金具有很强的耐腐蚀能力。不锈钢在含有氯离蚀能力。不锈钢在含有氯离子的溶液中，易发生点腐蚀、子的溶液中，易发生点腐蚀、晶间腐蚀，甚至应力腐蚀和晶间腐蚀，甚至应力腐蚀和氢脆。而非晶态的氢脆。而非晶态的Fe-Cr合金可以弥补不锈钢的这些合金可以弥补不锈钢的这些不足。含不足。含8%Cr的铁基非晶态合金在各种介质中都的铁基非晶态合金在各种介质中都显示出其优越的抗蚀特性，如
41、在显示出其优越的抗蚀特性，如在1mol的盐酸溶液中，的盐酸溶液中，在在30下浸泡下浸泡168小时后，小时后，Fe70Cr10P13C7和和Fe65Cr10Ni5P13C7非晶态合金的腐蚀速度为零，而非晶态合金的腐蚀速度为零，而晶态的晶态的18-8不锈钢腐蚀速率则为不锈钢腐蚀速率则为10mm/年。年。非晶铝合金在非晶铝合金在1M HCl中的动电位极化曲线中的动电位极化曲线48富富CrCr、CuCu非晶层非晶层49试样试样腐蚀速率腐蚀速率/mma-14060晶态不锈钢晶态不锈钢 18Cr-8Ni 17Cr-14Ni-2.5Mo非晶态合金非晶态合金 Fe72Cr8P13C7 Fe70Cr10P13C
42、7 Fe65Cr10Ni5P13C717.750.00000.0000120.029.240.00000.00000.000050l影响非晶态合金耐蚀性的重要因素是合金成分。影响非晶态合金耐蚀性的重要因素是合金成分。lCr对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著，此外还有对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著，此外还有P.l非晶态合金耐蚀性好的主要原因是能迅速形成致密、非晶态合金耐蚀性好的主要原因是能迅速形成致密、均匀、稳定的高纯度均匀、稳定的高纯度Cr2O3钝化膜。此外，非晶态合钝化膜。此外，非晶态合金组织结构均匀，不存在晶界、位错、成分偏析等腐金组织结构均匀，不存在晶界、位错、成分偏析等腐蚀形核部位，不
43、易产生点蚀。蚀形核部位，不易产生点蚀。晶体晶体非晶非晶51l3、电性能、电性能lcm，而晶态，而晶态高电阻合金的电阻率高电阻合金的电阻率仅为仅为100cm左右。左右。这是由于非晶态合金这是由于非晶态合金原子的无序排列而导原子的无序排列而导致电子的附加散射所致电子的附加散射所致。致。5253 小。多数非晶态合小。多数非晶态合金具有负的电阻温金具有负的电阻温度系数，即随温度度系数，即随温度升高电阻率连续下升高电阻率连续下降。温度系数为零降。温度系数为零的非晶态合金在一的非晶态合金在一些仪表测量中具有些仪表测量中具有广阔的应用前景。广阔的应用前景。l非晶态合金的电阻温度系数（非晶态合金的电阻温度系数
44、（）比晶态合金的）比晶态合金的dTd 1Zr48Nb8Cu12Fe8Be24非晶合金电阻随温度变化非晶合金电阻随温度变化54l4、软磁性、软磁性l非晶态合金磁性材料具有高导磁率、高磁感、低铁损非晶态合金磁性材料具有高导磁率、高磁感、低铁损和低矫顽力等特性，而且无磁各向异性。这是由于非和低矫顽力等特性，而且无磁各向异性。这是由于非晶态合金中没有晶界、位错及堆垛层错等钉扎磁畴壁晶态合金中没有晶界、位错及堆垛层错等钉扎磁畴壁的缺陷。的缺陷。不同磁性材料的磁性相比不同磁性材料的磁性相比 晶态与非晶态与非晶合金的晶合金的磁滞回线磁滞回线55在描述非晶材料结构的模型中(如微晶、随机网络、硬球无规密堆等)，
45、多数人共认的是硬球无规密堆模型，该模型把原子假设为不可压缩的硬球，均匀、连续、无规地堆积，结构中没有容纳另一硬球的空间.17Cr-14Ni-2.Computer simulation of the disordered atomic structure of a three-component metallic glassThe properties of Amorphous alloys suitable for the defense applications are:液态金属不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速度RC。液态金属不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速度RC。Unique
46、Acoustical Properties可以制备超薄、小巧、轻便、结构更坚固、功能更强大的3C产品，是替代镁合金、铝合金和钛合金的理想材料。溅射法是通过在电场中加速的粒子轰击用母材制成的靶（阴极)，使被激发的物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上而形成非晶态薄膜。比热和热膨胀系数在Tg处不连续。非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。Cr对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著，此外还有P.Transformers connected to a power source cause loss at all times.Precision MicrogearFe-(Nb,Cr,Mo)-(P,
47、C,B)Al-Y-M合金非晶形成的成分范围1990年冶金部钢铁研究总院建成卷重100kg级的自动喷带设备。这些特点使这类多组元合金系可通过对其熔态形核和长大的控制，获得块体纳米晶材料或块体非晶基纳米复合材料。565758l5、其他性能、其他性能l非晶态合金还具有好的催化特性，高的吸氢能力，超非晶态合金还具有好的催化特性，高的吸氢能力，超导电性，低居里温度等特性。在这些领域有着广阔的导电性，低居里温度等特性。在这些领域有着广阔的应用前景。应用前景。非晶非晶Zr27Ti9Ni38V5Mn16Cr5合金的吸氢行为及其合金的吸氢行为及其SEM形貌形貌59lThe properties of Amorp
48、hous alloys suitable for the defense applications are:lHigh Yield StrengthlUnique Acoustical PropertieslHigh HardnesslLow Melting TemperaturelHigh Strength to Weight RatiolNet-shape CastinglSuperior Elastic LimitlFabrication Process Similar to PlasticslHigh Corrosion Resistance lNon-MagneticlHigh We
49、ar-Resistance60l1.利用非晶态合金的高强度、高韧性、以及工艺上可利用非晶态合金的高强度、高韧性、以及工艺上可以制成条带或薄片，目前已用它来制作轮胎、传送带、以制成条带或薄片，目前已用它来制作轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的增强纤维。还可用来制作各种水泥制品及高压管道的增强纤维。还可用来制作各种切削刀具和保安刀片。切削刀具和保安刀片。FeBSi非晶合金条带非晶合金条带61l用非晶态合金纤维代替硼纤维和用非晶态合金纤维代替硼纤维和碳纤维制造复合材料，可进一步碳纤维制造复合材料，可进一步提高复合材料的适应性。硼纤维提高复合材料的适应性。硼纤维非晶金非晶金属纤维属纤维法国地下隧道内衬
50、使用非晶法国地下隧道内衬使用非晶金属纤维增强复合材料金属纤维增强复合材料 装孔附近易产生裂纹，而非晶态装孔附近易产生裂纹，而非晶态合金强度高，且具有塑性变形能合金强度高，且具有塑性变形能力，可阻止裂纹的产生和扩展。力，可阻止裂纹的产生和扩展。非晶态合金纤维正在用于飞机构非晶态合金纤维正在用于飞机构架和发动机元件的研制中。架和发动机元件的研制中。和碳纤维复和碳纤维复合材料在安合材料在安62这类合金主要作为变压器及电动机的铁芯材料(如Fe81B13Si15C1)、磁头材料(如Fe5Co70Si15B10),九十年代以来，人们开发出大块非晶合金。晶体受到剪切应力时，会以位错为媒介在特定晶面上Net-
