非晶合金的发展及应用

姓名：姚宏康班级：研0903班学号：S20090258非晶合金的发展及应用2010.4先进制导技术非晶合金的发展概况1大块非晶合金2大块非晶合金的性能3非晶合金的应用4目录一、非晶合金简介

在以往数千年中，人类所使用的金属或合金都是晶态结构的材料，其原子在三维空间内作有序排列、形成周期性的点阵结构。

而非晶态金属或合金是指物质从液态（或气态）急速冷却时，因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列的凝聚状态，其原子不再呈长程有序、周期性和规则排列，而是处一种长程无序排列状态。具有铁磁性的非晶态金合金又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃，为了叙述方便，以下均称为非晶态合金。非晶合金的发展概况二、非晶合金发展历史

非晶的历史当以1960年美国Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态合金为始。其间，非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段：

第一个阶段从1967年开始，直到1988年。1984年美国四个变压器厂家在IEEE会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高潮，到1989年，美国AlliedSignal公司（现被Honeywell公司兼并）已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力，全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行，所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。这个阶段以美国为主，除美国之外，日本和德国在非晶合金应用开发方面也拥有自己的特色，重点是电子和电力电子元件，例如高级音响磁头、高频电源（含开关电源）用变压器、扼流圈、磁放大器等。非晶合金的发展概况非晶带材非晶电子器件非晶合金的发展概况

从1988年开始，非晶态材料发展进入第二阶段。这个阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明。1988年日本日立金属公司的Yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金（Finemet）。我国非晶材料研究从1976年开始，国家科委从“六五”开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目。通过这4个五年科技攻关计划的实施，我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间，纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列入国家重大科技攻关计划，给予重点支持，旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展，满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。非晶合金变压器非晶合金的发展概况大块非晶合金一、大块非晶合金的制备

大块非晶合金在热力学上具有较大的玻璃形成能力，这使得利用缓冷凝固技术制备非晶合金成为可能。所谓缓冷凝固是指熔体在不大于103K.s-1的冷却速度凝固。

几种制备方法：

1.水淬法 Rc102~103K.s-1 2.电弧熔化法 T10mmZr-Al-Ni-Cu 3.铜模铸造法 Rc102~103K.s-1 4.吸入铸造法 D16mm&30mmZr55Al10Ni5Cu30 5.高压铸造法 P50~200MPaD15mmLn-&10mmMg- 6.单向熔化法 L300mmW12mmH10mmZr-Al-Ni-Cu-Pd大块非晶合金二、合金玻璃形成能力的表征

合金熔体在冷却凝固过程中抵抗结晶的能力就是该合金的玻璃形成能力（GFA），抗结晶能力越强，玻璃形成能力越好，就越容易形成非晶体。实际上，合金的玻璃形成能力是由它的成分来决定的，但内在的本质必然通过一些表面现象表现出来。1.临界冷却速度Rc2.过冷液相区△Tg3.约化玻璃转变温度Trg大块非晶合金的性能一、力学性能1.一般性能特征

与一般的晶体合金相比，大块非晶合金在室温和高温的力学性能具有以下几个特征： ①较高的抗拉强度和较低的杨氏模量； ②约2%的弹性应变极限，大大超过晶体的0.2%左右； ③产生屈服之前具有很大的弹性能量； ④在室温下没有明显的塑性变形； ⑤具有超过的夏比冲击断裂能量。大块非晶合金的性能2.室温硬度与断裂强度 不同冷却速度将会获得不同微观结构的非晶合金，由此可知，对晶体组织变化反应比较灵敏的硬度并不能反应非晶合金微观结构的变化。3.高温力学性能

①应力-应变曲线 我们知道，如果温度超过玻璃化转变温度，非晶合金就进入过冷液相区，该区域表现为近理想的超塑性，因此研究非晶合金的高温力学性能一般都在温度以下。

②断裂延伸率

在某一温度，延伸率随着应变速率的增大出现一个峰值，随后减小。在较低应变速率和较高温度都将导致脆变。脆变可能是在拉伸试验过程中非晶合金发生晶化所导致的。大块非晶合金的性能二、大块非晶合金的抗腐蚀性能

Inoue等人对快淬Zr-TM-Al-Ni-Cu(TM=Ti、Cr、Nb、Ta)非晶合金在HCl和NaCl溶液中的抗腐蚀性能进行了研究，发现在室温含有Nb和Ta的非晶合金表现为更好的抗腐蚀性。三、大块非晶合金的磁性能1.软磁性能

Fe-基和Co-基大块非晶合金表现为优良的软磁性能。迄今为止，人们开发的大块非晶合金系有Fe-（Co，Ga）-（P，C，B，Si）、Co-Cr-（Al，Ga）-（P，B，C）、Fe-（Co，Ni）-（Zr，Nb，Ta）-B、Co-Fe-（Zr，Nb）-B等。大块非晶合金的性能2.硬磁性能

在20世纪70和80年代，人们发现用溅射法制备的Ga-（Fe，Co）和Tb-（Fe，Co）非晶薄膜在补偿温度附近表现为很高的内禀矫顽力，利用这种特殊的行为，这些非晶薄膜可以用作磁光记录材料。

非晶合金的硬磁性能仅仅局限于块体材料，而非晶薄带则表现为软磁性能，并且非晶合金晶化后，其磁性能消失。非晶合金的应用一、结构材料

大块非晶合金具有优良的力学性能、抗腐蚀性能及耐磨性能，因此是一种比较理想的结构工程材料。但是大块非晶合金的制备生产成本较高，如何开发生产低成本的大块非晶合金是工程应用领域需要解决的问题。二、特殊体育器材 大块非晶合金具有很高的弯曲强度、硬度、断裂韧性和冲击断裂能量，在那些对材料有特殊要求的体育器材上有广泛的应用前景。比较典型的一个例子就是Zr-Al-Ni-Cu大块非晶合金被用作高尔夫球棒表面材料，可以大大提高球棒的寿命和弹性。非晶合金的应用三、铁磁性材料

用具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的非晶合金作为配电变压器的铁芯材料时，铁芯的空载损耗要比硅钢片铁芯低60%～80%，铁损明显降低。四、燃料电池 燃料电池被誉为是继火电、水电、核电、之后的第四种电力能源，它是一种利用水的电解逆反应产生电能的“发电机”，是一种很有发展潜力的绿色能源。发展燃料电池的关键是储氢介质，而大块非晶合金具有高的储氢能量和其他的奇异性能，因此在燃料电池中将会大有作为。非晶合金的应用五、微加工领域

利用大块非晶合金本身的优良力学性能和其过冷液相区的超塑性，可以加工成各种形状复杂的微型构建，因此在微加工领域内极具应用潜力。比如微型发动机中各种形状复杂且性能要求苛刻的构件都可以通过大块非晶合金来实现。六、块体纳米材料的制备

目前制备块体纳米材料常用的方法是通过大塑性变形使经理