大块非晶合金的超塑性成形技术及发展现状
非晶合金研究现状及应用发展综述
非晶合金研究现状及应用发展综述摘要：本文综述了块体非晶合金材料研究发展的历史和现状。
介绍了主要的非晶合金体系发展状况，并从块体非晶合金材料形成的成分与结构条件、热力学条件和动力学条件等方面阐述了块体非晶合金形成和稳定存在的机制。
较全面地列出并介绍了目前块体非晶合金材料的制备方法及其特色，并总结了非晶合金的性能特征和应用现状。
关键词：非晶合金；性能；应用；制备方法0 引言非晶态合金是指不具有长程有序但短程有序的金属合金,又由于其具有金属合金的一些特性,故它们也被称为玻璃态合金或者非结晶合金，属于非晶态材料中新兴的分支【1】。
与晶态合金相比，非晶合金具备许多优异性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等。
块体非晶合金材料的迅速发展，为材料科研工作者和工业界研究开发高性能的功能材料和结构材料提供了十分重要的机会和巨大的开拓空间。
1.非晶合金的结构综述非晶态合金的结构自从20世纪60年代发现首个Au-Si非晶态合金以来【2】,非晶态合金的原子结构就是人们关注的焦点,提出了多种非晶态合金结构模型,主要有:硬球无规密堆模型、微晶模型、连续无规网格模型、FCC/HCP密堆团簇堆积模型。
1.非晶合金的性能及应用非晶合金与普通钢铁材料相比，有相当突出的高强度、高韧性和高耐磨性。
根据这些特点利用非晶态材料和其它材料可以制备成优良的复合材料，也可以单独制成高强度耐磨器件。
在日常生活中接触的非晶态材料已有很多，如用非晶态合金制做的高耐磨音频视频磁头在高档录音、录相机中的广泛使用；把块体非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮中；采用非晶丝复合强化的高尔夫球杆、钓鱼杆已经面市。
非晶合金材料已广泛用于轻、重工业、军工和航空航天业，在材料表面、特殊部件和结构零件等方面也都得较广泛的应用。
2.1部分应用场景（1）非晶态的力分布传感器非晶态合金因无结晶结构，故不存在晶界这样一些局部显示机械强度小的地方，所以具有高强度、高硬度的特性；原子是无序超密结构，所以电阻率高，使之制成器件工作时铁损小；无磁晶各向异性，对外部磁场变化敏感，所以检测磁变化灵敏度高：由于不存在结晶缺陷、晶界，所以耐蚀性好。
块体非晶合金材料的性能、应用及展望
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（Tohoku University）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/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。
3D打印非晶合金的发展现状与存在问题
3D打印非晶合金的发展现状与存在问题1. 引言1.1 3D打印非晶合金的定义3D打印非晶合金是一种利用3D打印技术制造非晶合金制品的工艺。
非晶合金是一种具有非晶结构的金属材料，具有高硬度、高强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等优良性能。
3D打印非晶合金的制造过程是通过逐层堆积粉末或溶液形成所需结构，然后采用激光或电子束等能量源将材料熔化并固化成形。
由于非晶合金的特殊结构和性能，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域都有广泛的应用。
3D打印非晶合金技术的出现为非晶合金材料的制备提供了新的途径，为制造高性能、复杂形状的零部件提供了更多可能性。
3D打印非晶合金是一种新兴的制造技术，具有巨大的潜力和发展前景。
通过不断的研究和探索，相信这一领域的发展会为各个行业带来更多突破和创新。
1.2 3D打印非晶合金的应用领域3D打印非晶合金的应用领域非常广泛，目前已经在多个领域得到应用和研究。
在航空航天领域，非晶合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，可以用于制造航空发动机零部件、航天器零部件等。
其高温性能和耐磨性也使其成为航空航天领域的重要材料之一。
在汽车制造领域，3D打印非晶合金可以用于制造汽车发动机、车身零部件等，具有优异的强度和耐磨性能。
由于3D打印技术的灵活性，可以根据不同汽车的需求进行定制生产，提高汽车制造的效率和质量。
在医疗器械领域，非晶合金可以用于制造人工关节、牙科种植物等医疗器械，具有生物相容性和抗腐蚀性能，可以有效延长其使用寿命并提高治疗效果。
3D打印非晶合金在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域都具有广阔的应用前景，随着技术的不断进步和成熟，其应用领域将会更加广泛。
2. 正文2.1 3D打印非晶合金技术的优势3D打印非晶合金技术的优势在于其独特的物理和化学性质，具有以下几个方面的优势：1. 制造复杂形状零部件的能力：由于非晶合金的特殊结构和性质，3D打印技术可以轻松制造复杂形状的零部件，包括薄壁结构、异形孔洞等，传统加工方法难以实现。
非晶合金塑性变形机理的研究现状
粘度及 原子 作用力 下 降， 剪应力 作 在 用下 ， 随着屈 服的不断发生 ， 这种 低密 度、 低粘度 的区域 便沿 剪切方 向呈 现
排 的流变 原子 不是 单个 的 ， 而是有几
原子尺度 的局部体积 和每 个原子联系 起来 ， ②当原 子尺度 的局 部体积 达到
某Ｉ 临界值后 ， 多余 部分 即可认 为 是 自 由体积 ； ③在 原子 中重新 分配 自由体 积并 不需要 消耗局 部 自由能 ， 每个 原 子 的 自由体积随着总 自由体积 不断的
受 到 广 大 研 究 者 的 重 视 ， 究 人 员 已 研
以， 塑性 变 形机 理 长期 以来成 为该 领
域的研究 热点之一 。
一
般来 说 ， 料 的弹性 变 形 由其 材
内部 原子 间 的相 互作 用决 定 ， 而塑 性 变形 则需 要 考 虑 材 料 内部 的微 观 结 构。 晶体 材料 的 塑性 流变 可 以用经 典
交通大学曹庆平等体 ｌ 在对ｃ ６ ｉ ０ ｕｚ ２ ０
进 行 轧 制 变 形 时 发 现 ， 由体 积 含 量 自
切转变 区”Ｓ （ＴＺ） 模型 。
取决于 应变 ， 应变越大 ， 自由体积含量 越 高。 自由体积 的增加 会把原 子排 而 布推 向更 不稳定 的状态 ， 布会 越来 排
上 则表 现 出不同 的剪切变 形行 为。 但
是 一 般 情 况 下 ， 个 的 原 子 跳 跃 是 无 单
内部 自由体积 含量 逐渐升 高 ， 并且在 非 晶合 金 内发现大量 的剪 切带 。 上海
法容 纳剪切应变过程 中自由体积 的增
加的 ， 需要 大量原 子一起 协 同运动共 同承 担 塑性 变 形产 生 的剪 切 应变 。 而非 晶合 金短程 有序 、 长程无序 的结
非晶材料超塑性研究进展
非晶材料超塑性研究进展1.引言20世纪90年代美国和日本科学家开始制备出大块非晶合金,经过世界上许多科学家的努力,相继开发出如Fe,Co,Zr,Ni,Mg,Pd,Ti,Cu,Nd,La等多种大块非晶合金材料系列,而且所获得的非晶合金尺寸和临界冷却速度也更具有实用意义。
与晶态合金相比,非晶合金在强度、硬度、冲击断裂性能以及耐腐蚀性等方面更具明显的优势。
非晶态合金在结构上具有长程无序、短程有序和各向同性的特点, 其原子在空间排列上不具有周期性和平移性, 不存在晶态合金所特有的各种晶体缺陷。
与相同或相似成分的晶态合金相比, 非晶态合金往往具有优异的力学性能、化学性能和电磁性能。
自1990 年以来, 随着非晶形成理论的发展, 尤其是Inoue 提出了形成大块非晶合金的三条经验准则后, 材料科学工作者突破了制备非晶合金需要极高临界冷却速率的局限, 依靠合金体系各个组元的合理配比而使合金体系具有很强的非晶形成能力,从而改变了传统非晶合金只能以薄片、薄带、细丝、粉末等低维形状出现的状态, 使得大尺寸的非晶合金的制备成为现实。
目前, 人们已经在Mg 基、La 基、Zr 基、Ti 基、Fe 基、Co 基、Ni 基、Cu 基等多个合金系中开发出临界冷却速率小于1000K·s- 1 的大块非晶形成体系。
这些合金系可以用铜模铸造法制备出直径大于1mm 的全非晶制品, 其最大直径可达72mm 左右 , 这使得大块非晶合金成为一类极具应用前景的工程材料。
大块非晶合金在室温下具有非常高的断裂强度、大的弹性极限, 但它的室温塑性很低, 延伸率几乎为零 , 然而, 在过冷液相区间内, 它却具有非常好的超塑性性能, 与常规晶态合金的超塑性变形一样, 呈现大延伸、低应力及易成形等特性。
如Φ115mm 的La2Al2Ni 非晶试样的延伸率可达15000 %。
随着试样断面尺寸的增加, 延伸率也随之增加。
当直径为5mm 时, 延伸率可达到106%。
大块非晶的研究进展
上海大学2010 ～2011 学年秋季学期研究生课程考试小论文课程名称：金属凝固课程编号：101293905论文题目: 大块非晶合金的研究进展研究生姓名: 刘中元学号: 10721392 论文评语:成绩: 任课教师:评阅日期:大块非晶合金的研究进展刘中元摘要：大块非晶材料是材料家庭的新成员，1960年以前非晶材料只能由在冷速很快的底层模型上沉降的方法上被制造出来，而到现在非晶材料的发展非常迅速。
已经开发出很多的体系，如Zr -基、Fe-基、Pd-基、Ni-基、Cu-基、-基、Mg-基、Ti-基等。
大块非晶具有的优异性能，他拥有广泛的应用前景，但由于制备和性能上的一些问题，也面临着巨大的挑战。
关键词：大块非晶，制备，力学性能，应用。
The research progress of Bulk Metallic GlassesLiu Zhong yuanABSTRACT: In comparison, amorphous metals or metallic glasses are newcomers to the field of amorphous materials. Prior to the 1960s, some amorphous thin films were fabricated by metal deposition onto very cold substrates. It developed in a amazing rapid. To date, more than a thousand different bulk metallic glasses have been produced in Zr-, Fe-, Pd-, Ni-, Cu-, Mg-, and Ti-based systems.Bulk metallic glasses have many good properties, so it has many diverse applications. But because some problem in production and properties, we have still a lot of work to do. And the BMG absolutely have a bright future. Keywords: BMG, Fabrication, Mechanical Properties, Application.引言：传统意义上讲金属材料都是晶体结构的，然后随着1960年加州理工大学的杜威兹教授用极高的冷却速度制得了非晶合金，材料领域迎来了又一次革命。
塑性成形技术的研究现状和发展趋势
塑性成形技术的研究现状与发展趋势摘要：本文叙述了塑性成形技术的研究现状，介绍了现代塑性成形技术的发展趋势，提出了当代塑性成形技术的研究方向。
关键词：塑性成形模具技术研究现状发展趋势1引言塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。
据国际生产技术协会预测，21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。
工业部门的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。
金属及非金属材料的塑性成形过程都是在模具型腔中来完成的。
因此，模具工业已成为国民经济的重要基础工业。
新世纪，科学技术面临着巨大的变革。
通过与计算机的紧密结合，数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快，学科领域交叉之广泛是过去任何时代无法比拟的，塑性成形新工艺和新设备不断地涌现，掌握塑性成形技术的现状和发展趋势，有助于及时研究、推广和应用高新技术，推动塑性成形技术的持续发展。
实施塑性成形技术的最终形式就是模具产品，而模具工业发展的关键是模具技术进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。
模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
2塑性成形的现状精密成形技术对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。
近10年来，精密成形技术都取得了突飞猛进的发展。
精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。
例如电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2μm，寿命达到1亿次以上。
集成电路引线框架的20~30工位的级进模，工位数最多已达160个。
自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。
新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的六拐曲轴成形。
非晶合金热塑性微成型技术研究概况及发展趋势
非晶合金热塑性微成型技术研究概况及发展趋势李春燕;朱福平;丁娟强;尹金锋;赵燕春;寇生中【摘要】由于非晶合金的无定形结构,非晶合金在室温下表现出高强度、高硬度、加工性能差等特征.但是,非晶合金在过冷液相区内展现出低粘滞系数、高流动性能的超塑性特征,这为非晶合金的塑性加工提供了一种新的途径.论述了非晶合金过冷液相区热塑性微成型技术的特点,对比传统晶态材料总结了非晶合金作为理想微成型材料的优势.介绍了非晶合金在微机电系统(MEMS)产业领域诱人的应用前景,并列举了国内外相关专家学者在非晶合金热塑性微成型领域的研究成果.总结了非晶合金在微电子系统、精密光栅、微纳超疏水表面、生物芯片、微型燃料电池等领域的应用.同时,指明了非晶合金热塑性微成型技术发展过程中存在的问题,重申了开发非晶合金热塑性微成型技术的重要性.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2018(049)011【总页数】8页(P11033-11040)【关键词】非晶合金;过冷液相区;热塑性;微成型技术【作者】李春燕;朱福平;丁娟强;尹金锋;赵燕春;寇生中【作者单位】兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学温州泵阀工程研究院,浙江温州 325105;兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TG139.80 引言非晶合金，又称为金属玻璃(metallic glasses)是一种具有长程无序、短程有序结构的新型金属材料[1]。
块体非晶合金微成形技术的研究进展及发展趋势
非 晶合 金是 一种 具有 长程无 序 而短程 有 序结 构 的 金属 材料 ， 在微 成 形 中不 存 在 晶粒 尺 寸 效 应［ １ 。因 此 ， 非
晶 材 料 是 一 种 比较 理 想 的微 成 形 材 料 。
塑 性变 形 十分有 限 ］ ， 这严 重 制约 着非 晶合 金作 为 高
点 以及 块 体 非 晶 微 成 形 技 术 的 最 新 研 究 进 展 ， 并 阐 述 了块 体 非 晶 合 金 微 成 形 技 术 的 发 展 趋 势 ， 指 出 了 新 的
发展 方 向。
等 领域 的研 究热 点 。随着 大规模 集成 电路制 造技 术 和 以计算 机为 代表 的微 电子 工 艺 的发 展 ， 越 来 越 多 的 电
李春燕 等 ： 块 体 非 晶 合 金 微 成 形 技 术 的研 究 进 展 及 发 展趋 势
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ — ２ １ ３ ３ — ０ ５
块 体 非 晶 合 金微 成 形 技 术 的研 究 进 展 及 发 展 趋 势
李春 燕 ， 寇生中 ， 赵 燕春 。 ， 袁 小鹏 ， 袁 子 洲
子 元件 、 电器 组 件及 计 算 机 配 件 等相 关 零 件 开 始 采 用 微 成形技 术进 行生 产 。 目前 用 于微成 形 技 术 的材 料 主要 有 金 属 、 高 分 子
材料 和半 导体 材料 等 。材料 晶粒度 的大 小 是决 定 微 成 形能 力重要 参 数之一 。 日本学 者 曾研究 了晶粒 大 小 对 微 成 形 性 能 的 影 响 。多 晶 体 很 难 压 入 Ｖ 型 槽 （ 宽
综述 了近年 来块 体非 晶合 金微 成形 技术 领 域 的研 究 现 状及 发展 趋 势 ， 指 出 了块 体 非 晶合 金 微 成形 技 术 的发
大塑性变形技术的研究与发展现状
研究方法
大塑性变形技术的研究方法主要包括实验设计、数据采集和理论分析。实验 设计是对材料的成分、制备工艺、塑性变形条件等进行研究和优化，以获得最佳 的实验效果。数据采集则是对实验过程中材料的各种性能指标进行实时监测和数 据记录，如力学性能、微观结构等。理论分析是对实验数据进行分析和建模，探 讨材料的变形机制和性能演变规律，为优化实验方案提供理论支持。
总之，混凝土损伤与塑性变形计算是土木工程和材料科学领域的重要研究内 容，对于建筑、道路桥梁、水工结构等领域的混凝土结构的可靠性、安全性和耐 久性有着重要的影响。在未来的研究中，需要进一步深入探讨混凝土损伤与塑性 变形的内在机制和相互作用关系，不断完善相关的计算理论和模型，提高计算精 度和效率，以更好地服务于工程实践。
3、未来变形监测技术在其他领 域的应用探索
未来变形监测技术不仅在传统的工程建设和地质灾害防治等领域有广泛应用， 还可以拓展到其他领域。如城市管理领域，通过变形监测技术可以实现对城市建 筑、桥梁等基础设施的实时监测和预警，为城市管理提供科学依据；在环境保护 领域，变形监测技术可以对环境污染、生态变化等进行监测和评估，为环境保护 提供技术支持。
结论
现代变形监测技术在工程建设、地质灾害防治等领域中发挥着越来越重要的 作用。本次演示介绍了现代变形监测技术的现状和未来发展趋势，探讨了未来变 形监测技术的研究方向和重点，并分享了未来变形监测技术在其他领域的应用探 索。随着科技的不断发展，相信未来的变形监测技术将会更加成熟、高效、可靠， 为人类的生产生活提供更加优质的服务。
参考内容
混凝土损伤与塑性变形计算是土木工程和材料科学领域的重要研究方向。在 建筑工程、道路桥梁、水工结构等领域，混凝土作为一种主要的建筑材料，其损 伤与塑性变形对于结构的可靠性、安全性和耐久性有着重要的影响。因此，开展 混凝土损伤与塑性变形计算的相关研究具有重要的实际意义和理论价值。
非晶合金材料的制备技术与研究现状
非晶合金材料的制备技术与研究现状随着科技的不断发展和进步，新型材料逐渐成为人类研究的热点之一。
今天我想和大家分享的是非晶合金材料的制备技术以及研究现状。
一、非晶合金的概念非晶合金是相对于晶态合金而言的一种独特的材料，其特点在于其结晶度相对较低，且在制备过程中没有明显的熔化点，具有良好的物理、化学和力学性质。
它的制备技术相对较为复杂，但是与其它材料相比，拥有更高的硬度和强度，同时电学、磁学、光学和导热性质等方面的表现也更加优异。
二、非晶合金的制备技术1. 快速凝固技术快速凝固技术是制备非晶合金的主要手段之一。
它利用一种专门设计的装置将熔融的金属材料急速冷却，使其无法结晶从而形成非晶性结构。
这种方法最早应用于铁基合金的制备，逐渐推广到其他材料。
由于其对金属熔料进行不断喷雾，会产生大量的气态金属颗粒，故需要再经过高温烧结处理，从而形成致密的固态材料。
2. 溅射沉积技术溅射沉积技术则是用氩气等惰性气体离子轰击金属靶，将金属靶表层投影在衬底上形成一层非晶合金薄膜。
其中关键要素在于离子能量和沉积速度，分别会影响非晶合金化的程度和沉积层的质量。
此外，向沉积膜中引入碳、氮、氧等元素，还可以形成纳米非晶合金。
该技术主要应用于信息存储、光电子和传感器等领域。
3. 液态渗透合成技术液态渗透合成技术是将一种非晶合金材料涂敷在另一种基底材料表层，再在相应的条件下，使其渗透到基底中，形成一种产品。
该类制备技术工艺相对简单，但需要非常精确的制备条件和冶炼控制技术。
其生成的非晶合金与基底之间具有极高的界面结合强度，为基底材料增强了性能并具有较高的价值。
三、非晶合金的研究现状1. 应用领域广泛非晶合金的研究已经迅速发展，目前已被广泛应用于摩擦磨损、导电材料、耐热材料、超导材料、机械结构、微电子、化学催化和计量等领域。
其中，Mo和Ta基的非晶合金在增材制造应用中也发挥了重要作用。
2. 研究成果丰硕针对非晶合金的制备和基于非晶合金的新型功能材料开发，研究者们提出了各类新的制备方法，并进行了深入研究。
块体非晶合金超塑性微成形
块体非晶合金超塑性微成形王俊【摘要】Technology of amorphous alloy superplastic micro-forming was born accompany with the prosperity of micro-products.Metallic glass has broad application prospects on fabricating high performance microproducts because of the excel-lent super-plastic forming ability in supercooled liquid region and mechanical properties in micron-size.Supercooled liquid re-gion,time temperature-transformation and mechanical behavior of bulk metallic glasses in supercooled liquid region were in-troduced,based on that,the effects of different temperatures and different strain rates on the formability were analyzed. Meanwhile,the forming technology was described and existed questions were pointed out.%非晶合金超塑性微成形技术随着微细产品的兴起而诞生，由于非晶合金在常温下微尺度时具有极高的力学性能且在过冷液态区具有显著的超塑成形能力，在制备高性能微型零件方面具有广泛的应用前景。
本文论述了几种典型非晶合金的玻璃转变温度和过冷液态区宽度及其在过冷液态区的力学行为，并在此基础上，分析了不同温度和应变速率对块体非晶合金成形结果的影响；同时，概述了块体非晶合金成形工艺，指出了存在的问题并进行了发展展望。
大块非晶合金的研究进展
大块非晶合金的研究进展大块非晶合金的研究进展摘要本文简述了大块非晶合金的发展过程和该领域的最新研究进展,并从成分结构条件、热力学条件、动力学条件等方面阐述了大块非晶合金的形成机制,介绍了目前常用的制备方法、大块非晶合金优异的性能和应用前景.关键词大块非晶合金，形成机制，制备，性能，应用THE RESEARCH PROGRESS OF BULK METALLIK GLASSESABSTRACT The development history and the research status of bulk amorphous alloys are int roduced ,and method of preparation is discussed in detail1 The forming mechanisms in terms of st ructure , thermodynamics and kinetics are described. The good properties and application of the bulk amorphous materials are also summarized.KEY WORDS bulk amorphous alloys，forming mechanisms，preparation，properties , application大块非晶合金是相对于传统的低维非晶材料(非晶粉、丝、薄带等) 而言的,具有较大的三维几何尺寸。
固态时原子在三维空间呈拓扑无序排列,表现为短程有序、长程无序,呈亚稳态结构,而且在一定温度范围内还可以相对稳定地保持这种结构。
大块非晶合金是一种高性能的结构材料,也是极具潜力的功能材料。
1 大块非晶合金的发展历程关于非晶态合金的首次报道是在1938 年,Kramen 通过蒸发沉积在玻璃冷基底上发现了非晶态金属薄膜[1 ,2 ]；1951年,Brenner 等用电沉积法制备出了Ni-P 及Co-P 非晶合金,主要用于做耐磨和耐腐蚀涂层;1958 年, Tumbull 等人通过对氧化物玻璃、陶瓷玻璃和金属玻璃的相似性的分析,确定了液态过冷对非晶形成的影响,预言了合成非晶的可能性,揭开了非晶研究的序幕；1960 年,Duwez 等采用熔体急冷法首先制得了Au70 Si30非晶薄带,由于他从工艺上突破了制备非晶态金属和合金的方法,因而标志着非晶态合金这一新材料研究领域的启动。
超塑性成形的发展状况
超塑性成形的发展状况第一篇：超塑性成形的发展状况超塑性成形的发展状况摘要：金属材料的超塑性是指金属在特定条件下，具有更大的塑性。
本文主要介绍了超塑性成形的主要发展历程，超塑性成形的主要应用，非金属材料的超塑性研究和国内外的发展现状。
关键词：超塑性金属材料成形一、绪论近年来，高温合金和钦合金的使用不断增加，尤其是在宇航飞行器及其发动机生产中。
这些合金的特点是:流变杭力高，可塑性低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成木高昂。
如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，如采用超塑性成形方法，就能改变锻件肥头大耳的落后状况。
金属材料的超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化.极低的变形速度及等温变形)下，具有更大的塑性。
如低碳钢拉伸时延伸率只有30~40%，塑性好的有色金属也只有60~70%，但超塑性状态。
一般认为塑性差的金属延伸率在100~200%范围内，塑性好的金属延伸率在500~2000%范围内。
要使超塑性出现，必须满足某些必要条件。
首先必须使金属具有0.25-2.5μm的极细晶粒，即必须小于一般晶粒大小的十分之一。
其次，当温度达金属熔点一半以上时，具有一般晶粒金属的晶粒便开始长大，而这时细晶粒金属的晶粒保持稳定。
因此，超塑性除要求有极细的晶粒度外，还必须具有高的延伸率和低的屈服应力，并以低的变形速率在高于熔点一半的温度下进行加工。
二、超塑性成形的发展早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。
他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。
1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。
这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。
块体非晶钢合金的研究应用现状与展望_李宏祥
2009中国铸造活动周论文集块体非晶钢合金的研究应用现状与展望李宏祥1, 2, 吕昭平2，王善林3, 李承熏3(1.江苏工业学院材料科学与工程学院，中国常州，213164;2.北京科技大学新金属材料国家重点实验室，中国北京，100083;3.庆北国立大学校材料科学及冶金系，韩国大邱，702-701)摘要：块体非晶钢合金作为一种新型的功能结构材料因为高的断裂强度、良好的耐磨耐蚀性能和优异的软磁性能，近年来吸引着材料科研工作者的广泛注意，尤其是作为优异的变压器铁芯材料因为低的矫丸力、低的芯损和高的饱和磁化强度获得了广泛的工业应用。
本文试图对块体非晶钢的研究现状从玻璃形成能力、力学性能、腐蚀性能、软磁性能等各个角度进行回顾，并且着重探讨了其在电子器件、传感器、军事、精密微机械、催化剂等方面的应用状况与潜在价值。
同时，本文也对块体非晶钢研究与应用面临的挑战以及未来的可能研究方向进行了展望，将有助于推动块体非晶钢这一新型结构功能材料的研究与应用的进一步发展。
关键词：块体非晶钢合金；玻璃形成能力；力学性能；腐蚀性能；软磁性能自从Duwez等1967年在世界上第1次发现Fe-P-C铁基非晶合金以来，铁基非晶合金因为其高的断裂强度、优异的抗腐蚀和软磁性能以及地球上丰富的铁资源，一直吸引着材料科研工作者的广泛注意[1]。
Fe-P-B、(Fe, Co)-B-Si、(Fe, Co, Ni)-M、(Fe, Co, Ni)-M-B(M=Zr, Hf, Nb)等合金系相继涌现，然而，这个时期的铁基非晶合金因为需要至少105K/s的冷却速度，故应用形式局限在薄带、细丝以及粉末等。
铁基非晶合金获得大块形式的真正突破在1995年，来自日本东北大学的Inoue教授课题组发现了1mm的Fe-(Al, Ga)-(P, C, B)块体非晶合金系[2]。
这之后各国科学家争相开展此方面的研究，相继报告了Fe-(Al, Ga)-(C, B, P, Si, Ge)、Fe-TM-B、Fe-Co-Ln-B、Fe-(Cr, Mn)-(Mo, Co)-(C, B)-(Er, Y)等块体非晶钢合金系，同时在形成能力、力学性能、抗腐蚀性能以及软磁性能的提高方面均获得了重要突破。
大块非晶体材料的研究发展
大块非晶体材料的研究发展摘要: 综合评述了大块非晶体材料的发展历史及研究现状, 详细介绍了大块非晶合金的结构、性能与应用以及形成非晶合金的热力学条件、结构条件、以及动力学条件。
同时还简单介绍了熔体水淬法、爆炸焊接法等制备技术。
关键词: 大块非晶合金; 玻璃形成能力; 快速凝固非晶态合金即金属玻璃, 它是一种亚稳态的结构, 具有短程有序, 长程无序的特征, 固态时其原子的三维空间呈拓朴无序排列, 并在一定温度范围, 这种状态保持相对稳定。
非晶态合金中没有位错, 没有相界, 没有第二相, 因此是无晶体缺陷的固体, 原则上可以得到任意成分的均质相合金。
1960年, 美国人Duw ez[1 ]等首次采用快速凝固的方法得到Au70 Si30非晶合金薄带以来,人们主要通过提高冷却速度的方法来获得非晶态, 由于受很高的临界冷却速率的限制, 只能获得片、丝或粉末状非晶态金属或合金。
1974年,H. C. Chen[ 2]在≥1 000 K / s淬火速率下制备出直径达 1 ～3 mm的Pd —Cu —Si , Pd—Ni—P,Pt—Ni—P非晶圆柱棒。
80年代初, Perepezko[3 ]等证实非晶态形成临界条件不是冷速本身, 而取决于过冷液体达到亚稳态的程度。
近年来, 人们在研究不含有贵金属(如钯、铂) 的, 非晶形成能力强的大块非晶态方面取得突破性进展. 80年代后期以来, Inoue, W. L. hohso n分别在Zr—Al—Ni—Cu 与Zr—Ti—Cu—Ni—Be这两个体系中获得了大块非晶合金[ 5, 6]。
这一新型的多组元非晶合金具有很低的临界冷却速率( 100～102K /s) ,因此具有很高的玻璃形成能力( GFA)。
其中锆基非晶Zr65 Al 7. 5Ni 10 Cu17. 5的冷液相区ΔTx=127 K, 而Zr 1 4 . 2 Ti 13. 8 Cu12. 5 Ni 10. 0 Be22. 5非晶合金可以在V≤10 K /s的冷却速率下采用铸造方法制备大块非晶。
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本科生课程论文(2013-2014学年第二学期)大块非晶合金超塑性成形技术及研究现状曾昭源提交日期：2014、6、2 学生签名：曾昭源大块非晶合金超塑性成形技术及研究现状曾昭源摘要：与晶态合金相比，大块非晶合金成形出来的零件在表面光洁度、强度、硬度、冲击断裂性能以及耐腐蚀性等方面具有十分明显的优势。
但是大块非晶合金的高强度、高硬度的特点使得其在室温下机加工困难、可塑性差、延伸率几乎为零，这大大制约了非晶合金的广泛应用。
超塑性成形方法是利用大块非晶合金在过冷液相区下呈现牛顿粘性流动状态或近似的牛顿粘性流动状态而表现出优良的塑性的特点，实现对大块非晶合金的塑性加工。
本文从大块非晶合金的超塑成形原理、影响非晶合金超塑性的因素以及该技术在精细零部件中的应用等方面对大块非晶合金超塑性成形技术进行综述，介绍大块非晶合金在上述三方面的研究现状，指出目前研究主要考虑了温度和应变速率对大块非晶合金超塑性的影响，而对应力应变状态、加热速率等研究却很少涉及。
同时说明了理论体系建立落后于实验研究是目前大块非晶合金超塑成形技术的主要问题。
关键词：大块非晶合金；过冷液相区；超塑性成形；温度；应变速率；精细零部件1 大块非晶合金超塑性成形机理及其特点大块非晶合金是指在结构上具有长程无序、短程有序和各向同性的特点，其原子在空间排列上不具有周期性和平移性，不存在晶态合金所特有的各种晶体缺陷的一类合金。
[1]大块非晶合金在热力学上属于亚稳态材料，当温度升高时，会发生玻璃化转变，进而发生晶化反应。
在玻璃转化温度与晶化开始温度之间存在一个50 ~150C 的温度区间，这个区间被称为过冷液相区。
正是这一特殊区域的存在，使大块非晶合金可以在保持类似于液体结构的同时表现出具有一定粘度的与氧化物玻璃极为相似的性质，呈现牛顿粘性流动状态或近似的牛顿粘性流动状态，表现出优良的超塑性能。
[2]因此，对于大块非晶合金，所谓的超塑性成形是指把合金的温度控制在过冷液相区的塑性成形。
与传统的成形工艺相比，大块非晶合金超塑性成形机理成形出来的零件具有高强度、高精度、高表面光洁度的特点，适合应用于国防装备、航空航天器件、精密机械等领域精密零部件的制造。
2 影响大块非晶合金超塑性的因素2.1 温度对大块非晶合金超塑变形的影响以Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金为例[3]，由其图1所示为采用NETzsCH DSC204热分析仪测得的该非晶合金的示差扫描量热分析(DSC)曲线可看出该大块非晶合金的过冷温度域为635.6K——710.4K。
如图2为实验测得的zr基非晶合金在不同温度下的应力一应变曲线。
图2由图2可以看出，在573K（不在过冷温度域内）的条件下，该大块非晶合金具有非常大的强度，在1 GPa以上。
但是在632K—678K的过冷温度条件下，该大块非晶合金具有较小的流变应力，且随着温度的升高流变应力逐渐下降。
由这样看来在过冷温度域内，大块非晶合金的温度越高越易加工，但是在实际的制造中还需要考虑另一个重要因素随着保温时间的增加，非晶合金会发生晶化现象，晶化后的合金会失去许多优良的性能。
图3所示为通过等温DSC曲线获得的Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金在过冷温度区域的温度一时间一晶化转变曲线(各晶化转变点由第二晶化峰决定)。
由图中可以看出，在过冷温度域内，随着温度的升高，合金发生晶化的时间会变短，也就是说温度越高，大块非晶合金的可加工时间会越短。
因此，综合图2与图3该大块非晶合金在金在653～668 K的温度下进行超塑性成形较为理想。
从上述的两个实验我们可以看出大块非晶合金的流变应力对温度是极其敏感的，在实际生产中不但要考虑温度对大块非晶合金变形的影响，还要考虑晶化现象对大块非晶合金的影响。
图32.2 应变速率对大块非晶合金的变形的影响以Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的拉伸实验为例[4]，如图4所示为不同温度下Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的流变应力和延伸率与拉伸速率的关系。
Kawamura等综合研究了Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5和Pd40Ni40P20的高温变形行为，发现在过冷液态区，材料的变形行为强烈依赖于应变速率。
如图5为Kawamura的实验结果[5]。
1964年Baclofen建立超塑性拉伸变形的指数方程：(为应力；为应变速率；k为材料常数；m为应变速率敏感性指数)[6].因此综上述两个实验和Baclofen提出的理论，应变速率直接决定了非晶合金的变形方式。
在不同温度条件下，都有随着应变速率的增加，流变应力也随之增加。
当应变速率超过1×10 s-1时，即使非晶合金处于过冷液态区，仍然有可能出现脆性断裂。
应变速率决定了制造加工的效率，但过高的流变应力又会是制造的成本上升，因此如何处理这个矛盾，还需要科研工作者不断的探索。
2.3 影响大块非晶合金粘度的因素粘度是评价粘性流体成形性能最重要的参数，粘度大，则成形性能差，充型能力差，成形力大，粘度小，则充型能力好，容易成形。
图6所示为不同温度下Mg60Cu30Y10合金粘度与应变速率的关系。
[7]图6Kawamura等在研究非晶合金高温变形的过程中，也研究了粘度的变化，如图7所示为Pd40 Ni40P20的粘度与温度、应变速率的关系。
图7同样，Trouton的研究表明，粘度、流动应力和应变速率之间满足这样的关系：因此，从以上的两个实验和Trouton的研究中可以发现：随着温度升高，非晶合金的粘度下降；在温度一定的情况下，随着应变速率的升高，粘度也下降。
因此，在实际的制造中，为了保证容易成型、降低大块非晶合金的粘度，应选择尽可能高的应变速率和温度。
2.4应变状态对大块非晶合金超塑成形的影响研究发现，不同的应力状态对大块非晶合金的超塑成形会有不同的影响。
CHU[8]等进行了Pd40Ni40P20非晶合金（过冷温度区范围为589K～670K)的压缩实验，并与Kawamura的拉伸实验做了对比。
如图8可以发现压缩试验与拉伸实验有许多不同：（1）在温度和应变速率相同的情况下，压缩流动应力比拉伸实验高一些；（2）通过对粘度的对比计算，发现流动方式的重要区别：对于压缩实验，在较低的温度区，随着应变速率的提高，变形从牛顿流变转变为非牛顿流变，而在高温区(>650K)，变形为牛顿流变。
而对于拉伸实验，在所有温度范围内，应变率较低时为牛顿流变，应变率较高时为非牛顿流变。
另外，同等条件下，压缩实验的粘度大约是拉伸实验的2倍。
4 大块非晶合金的超塑成形技术在精细零部件上的应用4.1 典型的超塑性成形非晶合金型材与零部件[9]如前所述．由于其优异的使用性能和超塑性流变成形性能．人们尝试采用大块非晶合金和超塑性成形技术制备各种精细零部件和型材．包括微型机械用零部件和精密仪器部件等。
图12为采用Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金经超塑性成形的精密光学仪器部件的照片，制品表面呈明亮的金属光泽，经测试确认制品表面为纳米级镜面。
图13为采用超塑性挤压成形的大块非晶合金超微齿轮型材。
图12塑性模锻成形的精密光学部件图9 塑性模锻成形的精密光学部件4.2 Zr基非晶合金精密直齿轮的超塑性成形[10]成形齿轮的零件如图9所示。
设计成形模具时考虑了Zr基大块非晶合金的热膨胀系数、弹性模量及零件尺寸精度要求等影响因素。
采用实心坯料镦挤精锻成形。
所用坯料为Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金棒材。
图9成形工艺方案如图10所示，共3种。
方案a采用上芯杆成孔一步成形的方法；方案b采用下芯杆成孔一步成形的方法，即将芯杆置于下模，挤压垫片为空心管状，以便承受冲孔料头；方案c采用两阶段冲孔成形方法，即先用带短芯杆的压头充型，再用带长芯杆的压头冲孔。
图10齿轮超塑性成形装置示意图如图3所示，主要由真空炉、可更换的一体式或组合式压头(图11所示为组合式压头，由带芯杆的内压头、外压头、滑块和连接座构成)、模具和顶出机构三部分组成。
真空炉的极限真空度为3×10-3 Pa，采用电阻加热方式，最高温度800℃，可充氮气或氩气形成保护气氛。
压头部分可以更换，对于成形方案a和b，采用整体式平压头或带长芯杆的压头一次成形；对于成形方案c，则采用如图11所示的组合压头机构实现两阶段冲孔连续成形：即坯料和模具在真空炉中加热到预定温度；在外加压力的作用下，内压头和外压头通过滑块的联结作用同步向下运动，使坯料充填型腔，完成第一步成形——充型；然后滑块滑入联结座中，外压头与联结座联结，带芯杆的内压头单独继续向下运动，成形内孔，完成第二步成形一冲孔，其成形过程的主要特点是充型和冲孔两次动作在真空炉内连续完成。
成形结束卸载后，由顶出机构直接将成形件从模具的模腔内顶出。
图11塑性成形装置示意图5 大块非晶合金的发展趋势从上面的论述我们可以得知，目前对大块非晶合金超塑性的研究主要集中在温度和应变速率对非晶合金的超塑性的影响，而对于应力应变状态、加热的速率等很少涉及，这在很大程度上阻碍了该项技术的发展，甚至有时候导致不同的实验得出了相互矛盾的结论。
因此，未来非晶合金超塑性成形的研究，将涉及更多的影响因素，在积累更多实验的基础上，致力于建立一套相对规范或标准的成形测试方法和体系。
再者，由于温度和应变速率等因素的影响，大块非晶合金的成形效率不如传统的成形技术的效率高，因此有足够的理由相信如何在高应变速率和室温下进行大块非晶合金的超塑加工也会变成一个热门课题。
最后，由于理论体系的不完善，使得非晶合金许多超塑现象无法得到解释，例如上述的非晶合金在拉伸以及压缩状态下应力的不同这一现象无法从理论上解释。
因此，要使未来大块非晶合金超塑性成形技术得到更好发展，必须加强非晶合金超塑性变形理论模型的研究和建立。
6 结语大块非晶合金由于其高强度、高硬度、高耐腐蚀性等特点被广泛用于精细零部件的制造。
而超塑性技术使得加工大块非晶合金变得越来越简单，采用超塑性成形技术制备外形尺寸从毫米级到亚毫米级的高精密零部件，是极具发展前景的前沿研究领域．其相关技术的开发对于促进电子信息、精密机械、国防军工尖端技术的发展至关重要，大力发展大块非晶合金超塑性成形技术对于我国的制造业、国防的发展具有极其重要的意义。
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