二元共晶比例法制备铜基大块非晶合金
CuTiZrCo块体非晶合金的形成及磁性能
CuTiZrCo块体非晶合金的形成及磁性能邱钧华;陈先朝;李文涛;苏佳佳;谢致薇;杨元政【摘要】采用铜模吸铸工艺制备出直径为3 mm的Cu50.4Ti27.1Zr16.2Co6.3和Cu50.9Ti27.4Zr16.4Co5.3非晶圆棒,用X射线衍射、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪和振动样品磁强计研究非晶合金的热稳定性、结构组织、相成分和磁性能.结果表明:当升温速率为20℃/mn时,该两种非晶合金的过冷液相区分别为59 K和41 K;在磁性元素含量较小的铜合金体系中,小范围变化Co含量对饱和磁化强度的影响不大;样品直径由3 mm增大到5mm时,非晶基体中会析出较多形状不规则富Co和Ti的混合相,使样品的饱和磁化强度Ms明显增大.%Cu50.4Ti27.1Zr16.2Co6.3 and Cu50.9Ti27.4Zr16.4Co5.3 amorphous rods with diameter of 3 mm were prepared by copper mold suction casting process. Their thermal stability, microstructures, phase compositions and magnetic properties were detected by X-ray diffractometer (XRD), differential scanning calorimeter (DSC), scanning electron microscope(SEM), energy dispersive spectrum (EDS) and vibrating sample magnetometer(VSM). The results show that, at a heating rate of20 ℃/min, the supercooled liquid regions of the two bulk metallic glasses are 59 K and 41 K, respectively. The small-scale change of Co content in the Cu-based alloy system has little effect on the saturation magnetization (Ms). When the diameters of the samples increase from 3 mm to 5 mm, the magnetic phase with rich Co and Ti precipitates in the amorphous matrix. Then, the saturation magnetization (Ms) of the samples significantly increases.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)002【总页数】6页(P399-404)【关键词】CuTiZrCo块体非晶合金;玻璃形成能力;深共晶点;磁性能【作者】邱钧华;陈先朝;李文涛;苏佳佳;谢致薇;杨元政【作者单位】广东工业大学,材料与能源学院,广州,510006;广东工业大学,材料与能源学院,广州,510006;广东工业大学,材料与能源学院,广州,510006;广东工业大学,材料与能源学院,广州,510006;广东工业大学,材料与能源学院,广州,510006;广东工业大学,材料与能源学院,广州,510006【正文语种】中文【中图分类】TG139.8Cu基非晶合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀以及良好的导电性和价格低廉等特点，近年来受到广泛的关注。
非晶合金的制备方法
纳米非晶合金制备简介摘要:本文主要介绍了国内外几种非晶合金制备技术，其中包括水淬法、射流成型法、金属模铸造、复合爆炸焊接法及机械合金化法、粉末固结成形法等，并对各种制备技术的进行了比较分析。
关键词：块体金属玻璃块体金属玻璃的连接制备Introduction of the Preparation amorphous alloyAbstract：In this paper, Several fabricating methods of bulk metallic glass matrix composites from both home and abroad were presented，such as water quenching method, jet molding, metal mold casting, composite explosive welding and mechanical alloying, powder consolidation and forming method，than Analysis and comparing these preparation techniques bulk metallic glass.Key words:bulk metallic glass, joining of bulk metallic glass, preparation1.引言非晶态合金也称金属玻璃,与晶态合金相比，其三维空间的原子排列呈拓扑无序状，结构上没有晶界与堆垛层错等缺陷存在，但原子的排列也不像理想气体那样的完全无序。
非晶合金是以金属键作为其结构特征，虽然不存在长程有序，但在几个晶格常数范围内保持短程有序[1]。
与非晶聚合物及无机非晶材料一样,非晶合金在物理性能、化学性能及力学性能方面是各向同性的,并随着温度的变化呈现连续性[2]。
通常其具有以下四个基本特征：（1）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短程有序的“晶态小集团”或“伪晶核”，其大小不超过几个晶格的范围；（2）不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷；（3）具有非晶体的一般特性：物理、化学和机械性能各向同性；（4）热力学上处于亚稳态，当处于晶化温度以上时将发生晶态结构相变，但晶化温度以下能长期稳定存在[3]。
块体非晶
6、块体非晶的产业路线
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6、块体非晶的产业路线
块体非晶合金产品主要用于民用领域，军工及航空航天 方面的应用很难在量上有所突破，其产业化过程中必须解决 经济性、安全性和可靠性等问题。在目前技术条件下，和传 统金属材料如铝镁合金、不锈钢等相比，块体非晶合金产品 虽然具有性能优势，但其材料成本、制造成本以及后处理成 本均相对较高；非晶合金在宏观上往往变现出脆性断裂，对 于该材料的广泛使用带来了一定限制， 对于承受较大载荷 的结构件的使用存在安全隐患；块体非晶合金属于亚稳态材 料，随时使用时间的推移，其构件性能有所下降，在设计相 关构件时需要考虑材料的特殊性。
5、块体非晶重点企业
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富士康科技 集团
富士康科技集团是台湾鸿海精密集团在大陆投资兴办的高新科技企 业，1988年在深圳地区投资建厂，此后在中国大陆建立了30 余个 科技工业园区。2007 年开始非晶材料的研发工作，中间曾中断研 究。目前该公司液态金属产品主要应用在3C 领域，限于产能，仅 能小批量供货。
4、块体非晶的产业链分析
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4、块体非晶的产业链分析
块体非晶产业的产业链大体上包括上游金属原材料产业和成型设备制造业，中 游的块体非晶制造业，以及下游的产品市场组成。上游金属原材料产业可以细 分为Zr、Al、Cu、Ni、Y、Be 等相关纯金属产业，成型设备制造业可以细分 为熔炼设备制造业和块体非晶专用成型设备制造业；根据块体非晶合金的不同 应用下游市场可以细分为消费电子市场、休闲体育用品市场、医疗器械市场、 航空航天市场以及军工市场等等。
2、块体非晶合金材料的制备工艺
直接凝固法 粉末固结成型法
热压成型法
水淬法，铜模铸造法，吸入铸造法， 高压铸造法，单向熔化法等
Zr基块体非晶合金的制备及力学性能研究的开题报告
Zr基块体非晶合金的制备及力学性能研究的开题报
告
一、研究背景
随着现代工业的发展，材料科学和工程技术的需求变得越来越高。
块体非晶合金是近年来发展最快的新型材料之一，具有优异的力学性能、良好的抗腐蚀性和高温稳定性等特点，广泛应用于航空航天、电力设备、汽车制造、医疗器械等领域。
二、研究目的
本研究旨在探究一种新型Zr基块体非晶合金的制备方法及其力学性能，为推广和应用块体非晶合金提供科学依据。
具体研究目的如下：
1. 确定Zr基块体非晶合金的制备工艺及优化条件
2. 分析Zr基块体非晶合金的组织结构、相变情况和热稳定性
3. 测定Zr基块体非晶合金的力学性能，如硬度、强度、韧性等指标
4. 探究Zr基块体非晶合金的抗腐蚀性能及其在实际应用中的可行性。
三、研究内容
1. 块体非晶合金的制备：采用真空熔炼-铸造法制备Zr基块体非晶
合金，确定制备温度、熔炼时间和铸造条件，得到均匀的块状非晶态合
金样品。
2. 组织结构和相变分析：采用X射线衍射仪和差热分析仪等测试手段，分析样品的相组成、晶化温度和热稳定性。
3. 力学性能测试：测定样品的硬度、强度、延伸率和断裂韧性等力
学指标，分析材料的力学性能及其和组织结构的关系。
4. 抗腐蚀性能测试：利用电化学方法和盐雾实验等测试手段，研究Zr基块体非晶合金的耐腐蚀性和在不同环境下的耐久性。
四、研究意义
本研究不仅能够为Zr基块体非晶合金材料的开发和应用提供理论依据，同时还可以为材料科学和工程技术领域的进一步研究提供新思路和方法，推动块体非晶合金材料的发展和应用。
ZrAlNiCu系统中非晶合金
第42卷第6期2002年11月大连理工大学学报Journal of Dalian University of TechnologyVol.42，No.6Nov.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""""""""""""""""####2002材料、机械工程文章编号：1000-8608（2002）06-0684-04收稿日期：2001-12-05；修回日期：2002-10-09.Zr-al-Ni-cu 系统中非晶合金陈伟荣1，2，王英敏1，羌建兵1，徐卫平1，王德和1，董闯1（1.大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，辽宁大连116024；2.大连大学机械工程系，辽宁大连116622）摘要：Zr-Al-ni-cu 系及其亚组元体系中非晶合金是由二元合金系开始，发展到今日的四元和五元合金，其形状也从薄带、丝等发展为块体.以源自准晶的等电子浓度理论和等原子尺寸理论为判据设计合金成分，并制备了系列大块非晶合金，它们的!!X 在100K 左右，同时具有大的约化玻璃转变温度!rg .关键词：锆基合金/非晶合金；玻璃形成能力；电子浓度；原子尺寸中图分类号：TG139.8文献标识码：A非晶态金属合金也称金属玻璃，是指在固态下原子排列呈短程有序而长程无序的金属合金，从1934年由Kramer 采用蒸发沉积的方法获得了非晶薄膜以来，人们尝试采用各种不同的方法来得到非晶合金，其形状也从最初的薄膜到薄片、带、丝，及至20世纪80年代末出现的毫米级的大块非晶.在过去的20年中，人们已在许多合金系中发现了具有大的玻璃形成能力和宽的过冷液相区的合金，其中，最小的临界冷却速度低至0.1K /S ，而最大非晶合金厚度可达100mm ［1］.在这些合金系中，Zr-Al-ni-cu 非晶合金系列十分引人注目，它既不含贵金属，也不含有毒元素.它所具有的大的玻璃形成能力和高的热稳定性，以及优良的力学、物理、化学等性能，使人们有兴趣对其进行大量的研究.本文在对近20年来该系列合金的成分变化进行归纳和总结的基础上，介绍了用等电子浓度和等原子尺寸规律在该系列中设计的非晶合金，以期从一个全新的角度去探索大块非晶的形成规律.1Zr-al-Ni-cu 合金系的发展如果将四元合金拆成二元合金，将有Zr-Al 、Zr-ni 、Zr-cu 、Al-ni 、Al-cu 、ni-cu 6组二元合金系，其中，除匀晶的ni-cu 二元系外，其他5种二元系均有非晶形成的报道.七八十年代，这些二元合金系主要以薄带、丝、粉末、薄膜等方式形成，且必须在较高的冷却速度下（大于105K /S ）才能形成非晶，它们的玻璃形成能力较差.对二元合金系来说，影响其非晶形成的因素很多，其中，深共晶因素和原子尺寸因素是不可忽视的，位于深共晶或附近的成分，在相对较低的冷却速度下，就可以获得非晶合金；另外，组成元素的原子尺寸差增大，将会显著地增大非晶合金的形成倾向.Zr-ni 、Zr-cu 系较易满足上述两个条件，因此，较之另几个二元系，更易形成非晶.薄带、丝等形状的非晶，其应用范围受到限制，因此无法满足人们的需求，于是，人们把目光投向了寻找具有更大玻璃形成能力和热稳定性的合金体系.这一问题的突破是在20世纪80年代末，Inoue 等人将Al 元素加入到Zr-ni 和Zr-cu 二元系中，分别形成了Zr-Al-ni 和Zr-Al-cu 三元系.同时，他们提出了获得大的玻璃形成能力（GFA ）和宽的过冷液相区的合金组成的3个经验规律［2］：（1）由3个或3个以上的元素组成合金系.（2）组成合金系的组元之间有较大的原子尺寸比，且满足大、中、小的原则，其中主要组成元素之间的原子尺寸比应大于13%.（3）组成元素之间的混合热为负值.作为对玻璃形成能力的评定，采用合金的过冷液相区宽度!T X值（!T X=T X -T g）和约化玻璃转变温度T rg值（T rg=T g/T m）来表征，其中，TX 表示晶化温度，Tg表示玻璃转变温度，Tm表示熔点.一般认为，!T X和T rg越大，则合金的玻璃形成能力越大.三元Zr-Al-ni、Zr-Al-cu系满足上述的3个经验规律，且它们与没有Al加入时的二元系相比，玻璃形成能力和热稳定性有了很大的提高，如二元合金系富Zr的Zr-ni、Zr-cu的!T X值小于10K［3］，而在三元系中，Zr60Al15ni25为77K［4］、Zr65Al7.5cu27.5为89K［5］，显然，Al元素加入到Zr-ni、Zr-cu二元系中，大大提高了合金的玻璃形成能力.对Al的这种作用的机制，有一种观点认为［4］，可以从拓扑短程有序方面考虑，认为合金的堆垛密度越大，其热稳定性越高.Zr、Al、ni的原子半径分别为0.160、0.143、0. 125nm，原子半径处于中间的Al元素加入到原子半径相差较大的Zr和ni二元系中，正好填充了混乱结构中的空位，从而使非晶的密堆程度增加，进而增大了过冷液体的热稳定性.另一种观点认为［4］，可以从Al元素加入到Zr-ni二元系中所引起的化学短程有序的变化方面考虑.显然，组成合金的元素之间有较大的原子尺寸比，且包括大、中、小3种元素，是具有高的玻璃形成能力的非晶合金所不可缺少的条件.另外，Zr-Al、Al-ni之间具有大的负混合热也是一个必不可少的重要因素.几乎在三元合金系发展的同时，四元Zr-Al-ni-cu合金系也应运而生，它比三元系有更大的!T X值和更高的玻璃形成能力，从而使制备cm级的大块非晶合金成为可能.在目前已经报道的该系列的合金成分中，!T X值最大的是Zr65Al7.5ni10cu17.5，为127K［3］，用石英管熔体淬火法已制备出直径16mm、长150mm的非晶棒.在报道过的该系列合金的非晶尺寸中，最大的直径是30mm，成分为Zr55Al10ni5cu30，是用吸铸方法制备的［6］.若在Zr-Al-ni-cu合金系中再加入一个元素，构成Zr基五元合金，是否可以使它的玻璃形成能力比四元合金更大呢？在已经报道过的多种实验结果中，还没有发现!T X大于127K的合金系.在Zr65-x-Al7.5-ni10-cu17.5-be x合金系中，小原子尺寸be的加入，导致!T X降至110~115K［7］，尽管该Zr-Ti-Al-cu-ni［8］、Zr-Al-ni-cu-pd［9］等合金系中，都未发现有更大的!T X值，虽然第五个元素的加入导致!T X下降的原因各不相同，但使!T X下降的结果是一致的.显然，非晶形成并非组成合金的组元数越多越好.!以等电子浓度和等原子尺寸为依据设计的大块非晶!."非晶中的等电子浓度和等原子尺寸规律目前，虽然大块非晶合金的尺寸已达cm级，但从应用的角度考虑，还是远远不够的.对于非晶的形成机理，很多人尝试用各种理论去研究并解释它，但很少有人从电子结构的角度去考虑它.最近作者发现非晶的形成遵循等电子浓度和等原子尺寸规律，并从这一全新的角度出发，依据新的判据设计合金成分，以期探索非晶形成规律.等电子浓度现象最早是在准晶合金系中发现的［10］，而在非晶的研究过程中发现了准晶的存在［11］，这表明非晶与准晶在电子结构上的某种联系.实际上，对非晶电子结构的研究早在20世纪70年代就已经开始了，早期nagel和Tauc的工作是以二元合金为基础的［12］，他们分析了M1-x X x（这里，M指过渡族或贵金属，X指第"或第#族元素）二元合金，认为在费米能级位于最低态密度时对应的成分所形成的非晶相是最稳定的，此时，其费米面与由强衍射所定义的伪布里渊区相切，数学式可表达为kp=2k f，其中，k f是费米球半径，kp是伪布里渊区所对应的倒易矢量的长度.nagel和Tauc的结果不仅表明非晶是一种Hume-rothery相（电子相），而且证明了稳定的非晶成分对应着一个固定的电子浓度值（e/a）.作者的前期工作也表明，铸态Zr65Al7.5ni10cu17.5合金中的晶体学相与非晶基体有相近的电子浓度［13］，说明它们在电子结构上有密切的关系，据此，将准晶中已趋成熟的等电子浓度理论应用于非晶中.研究发现，在Zr-Al-ni-cu合金系及它的亚组元体系Zr-Al-ni和Zr-Al-cu中，目前公认的非晶合金成分具有非常相近的电子浓度（e/a），例如，Zr65Al7.5ni10cu17.5合金的e/a=1.375，而那些公认的非晶合金的e/a值均在1.375附近，由此确认，在四元合金相图中，存在着一个等电子浓度面.那些公认的非晶合金成分及晶体学相关相均分布在等电子浓度面附近.不仅如此，它们还分586第6期陈伟荣等：Zr-Al-ni-cu系统中非晶合金究发现，这条线恰好是等电子浓度面与等原子尺寸面的交线，如图1所示，这里，把合金组成元素的原子尺寸与其成分之积的和定义为平均原子尺寸（Ra），等原子尺寸是指合金系中成分不同的若干种合金具有相同的平均原子尺寸，由此计算Zr65Al7.5ni10Cu17.5合金的R a=0.1496nm.a~c：Zr-Al-ni BMGS；d~f：Zr-Al-Cu BMGS；g、h：晶化相（Zr2Cu，Al2niZr6）；I：Zr-Al-ni-Cu BMG；无色面：等电子浓度面；深色面：等原子尺寸面图1Zr-Al-ni-Cu四元相图中的等电子浓度面和等原子尺寸面Fig.1The e/a-conStant and atomic Size conStant planeS in Zr-Al-ni-Cu phaSe diagram !.!以等电子浓度和等原子尺寸规律为依据设计的大块非晶以等电子浓度面与等原子尺寸面的交线为依据，以Zr65Al7.5ni10Cu17.5合金的e/a和R a为基础，设计了一系列合金成分，即这些合金与Zr65Al7.5ni10Cu17.5具有相同的e/a和R a.采用吸铸法制备出直径为3mm的非晶棒，随后用差示扫描量热法（DSC）和差热分析法（DTA）测定了所有试样的与玻璃形成能力和热稳定性相关的参数：T g、T X、!T X、T m、液相线温度T l、T l和T m的差值及Trg.表1示出了这些合金的成分、DSC和DTA 实验的结果.由表1可见，6种成分的合金均显示了较高的!T X和T rg，由此可以确定一个具有大的玻璃形成能力和高的热稳定性的非晶体系的形成，表明位于等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上的系列合金成分所具备的大的玻璃形成能力和高的热稳定性，进而证明了以本文判据设计合金成分的可行性和正确性.表16种合金的DSC和DTA的结果Tab.1DSC and DTA reSultS of the SiX alloyS K no.合金T g T X!T X T m T l T rg T l-T m 1Zr65.5Al5.6ni6.5Cu22.4636733971089.41210.90.584121.5 2Zr65.3Al6.5ni8.2Cu206407451051089.11188.30.58899.2 3Zr65Al7.5ni10Cu17.56507501001093.71153.30.59459.6 4Zr64.8Al8.3ni11.4Cu15.5653752991085.51142.70.60257.2 5Zr64.5Al9.2ni13.2Cu13.1658757991090.01137.60.60447.6 6Zr63.8Al11.4ni17.2Cu7.6671758871100.11153.30.61053.2在6种合金中，6号合金具有最大的Trg值，同时，它也具有最高的Tg 值和最高的TX值.高的T g和T X值表明合金在弛豫期间难以进行原子移动和结构的重排，如果以Tg 、TX为稳定性判据，则从1号到6号样品，非晶的热稳定性在逐步提高，因此，最佳的成分应该是6号，而不是Inoue提出的非晶成分（3号）.另外，从合金1至合金5，它们的Tl 和Tm的差值越来越小，表明越来越接近共晶点，及至合金5时，其差值已小到47.6K，说明这种合金成分已非常接近共晶成分；合金6的则相对于合金5又有所上升，说明共晶成分可能位于5号和6号之间且靠近合金6一侧.至于在本文的判据与深共晶成分之间有什么联系，还要进一在本实验结果中，出现了!T X和T rg值不一致的情况，实际上，这种不一致的现象在很多合金系中都出现过［14、15］，这意味着金属玻璃的形成能力及其热稳定性并非完全一致，即具有最强玻璃形成能力的那些合金未必是最稳定的；反之亦然."结语对于Zr-Al-ni-Cu系非晶合金，目前尚有许多理论及实际的内容需要探索和研究，它所具有的高的玻璃形成能力及优良的性能使人们期待着能发现其内在规律，以寻找具有更大的玻璃形成能力的非晶成分.从电子浓度和平均原子尺寸这样一个全新的角度对Zr-Al-ni-Cu合金系进行研究，686发现非晶形成规律，进而在其他的合金系中验证它的普遍意义，为发现新的具有更大玻璃形成能力的合金系提供理论依据.参考文献：［1］INOUE A.StabiIization and high strain-ratesuperpIasticity of metaIIic supercooIed Iiguid ［J ］.Mater Sci and Eng ，1999，A267：171-183.［2］INOUE A ，SHIBATA T ，ZHANG T.Effect of additionaIeIements on gIass transition behavior and gIass formationtendency of Zr-AI-Cu-Ni aIIoys ［J ］.Mater Trans JIM ，1995，36（12）：1420-1426.［3］ZHANG T ，INOUE A ，MASUMOTO T.AmorphousZr-AI-TM （TM =Co ，Ni ，Cu ）aIIoys with significant supercooIed Iiguid region of over 100K ［J ］.MaterTrans JIM ，1991，32（11）：1005-1010.［4］INOUE A ，ZHANG T ，MASUMOTO T.Zr-AI-Niamorphous aIIoys with high gIass transition temperatureand significant supercooIed Iiguid region ［J ］.Mater Trans JIM ，1990，31（3）：177-183.［5］INOUE A ，KAWASE D ，TSAI A P ，et 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De-he 1，DONG Chuang 1（1.State Key Lab.for Mater.Modif.by Laser ，Ion and Electr.Beams ，DalianUniv.of Technol.，Dalian 116024，China ；2.Dept.of Mech.Eng.，Dalian Univ.，Dalian 116622，China ）Abstract ：The deveIopment of amorphous aIIoys in Zr-AI-Ni-Cu and its subsystems were reviewed.Theconcepts of the e /a -constant and atomic-size-constant criteria for the formation of amorphous aIIoys were introduced ，which originated from guasicrystaI research.FinaIIy ，it reports the authors'recent work on the Zr-AI-Ni-Cu amorphous aIIoys designed according to these ruIes.AII the designed aIIoys have high gIass forming abiIity ，with Iarge reduced gIass transition temperatures T rg and Iarge supercooIed Iiguid regions !T x （cIose to 100K ）.Key words ：zirconium-based aIIoys /amorphous aIIoy ；gIass forming abiIity ；eIectron concentration ；atomicsize786第6期陈伟荣等：Zr-AI-Ni-Cu 系统中非晶合金。
非晶合金
③ ⅡA族金属的二元或多元合金 Ca-Al12.5~47.5, Sr70Mg30, Ca-Pd
前过渡金属与后过渡金属是依据 d 轨道电子数的多少
来区分的。
所谓前过渡金属是指d电子数较少（一般不超过5个） 的过渡金属，如Sc、V、Ti、Zr 和 Cr等； 后过渡金属是那些d电子比较多的过渡金属，如Mn、 Fe、Co、Ni、Cu和Zn等。
铁基 3. 软磁特性 铁－镍基 钴基
代替硅钢片用于变压器、电机铁芯
代替坡莫合金制作电子器件
制作非晶态磁头
与传统的金属磁性材料相比，非晶合金原子排列无 序，没有晶体的各向异性，电阻率高。因此具有高的导 磁率、低的损耗，是优良的软磁材料。 作为变压器铁芯、互感器、传感器等，可以大大提 高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。
形象描述： 什么是非晶态材料？ 固态的液体！ 冻着的液体！
非晶固体的原子类似液体原子的排列状态，但它与液体 又有不同：
液体分子很易滑动，粘滞系数很小；非晶固体分子
是不能滑动的，粘滞系数约为液体的1014倍，它具有 很大的刚性与固定形状。
液体原子随机排列，除局部结构起伏外，几乎是完
全无序混乱；非晶排列无序并不是完全混乱，而是 破坏了长程有序的周期性和平移对称性，形成一种 有缺陷的、不完整的有序，即最近邻或局域短程有 序（在小于几个原子间距的区间内保持着位形和组 分的某些有序特征）。
到目前为止，人们已经发现了多种非晶态材料，发 展了多种方法与技术来制备各类非晶态材料。 从广泛意义上讲，非晶态材料包括普通的低分子非 晶态材料、传统的氧化物和非氧化物玻璃、非晶态 高分子聚合物等。
从材料学的分类角度分析，非晶态材料的品种很多，主 要包括： 1. 非晶态合金 2. 非晶态半导体材料 3. 非晶态超导体 4. 非晶态高分子材料
铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展
精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-02-21 Received ：2024-02-21引文格式：曹梓恒, 郭威, 吕书林, 等. 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 62-75. CAO Ziheng, GUO Wei, LYU Shulin, et al. Progress in Research on Preparation, Properties and Application of Al-based Amor-phous Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 62-75. *通信作者（Corresponding author ） 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展曹梓恒1，郭威1,2,3*，吕书林1，王锦程2，吴树森1（1.华中科技大学 材料科学与工程学院 材料成形与模具技术全国重点实验室，武汉 430074；2.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，西安 710072；3.深圳华中科技大学研究院，广东 深圳 518057） 摘要：铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景，综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。
首先，介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系，目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系，以及综合性能和形成能力2大方面，多元体系表现更佳，并逐渐向更多元化发展；其次，系统介绍了铝基非晶合金的制备方法，包括粉末状、薄带状、块体样品的制备，相较于非晶薄带的制备，块体和粉状的制备方法较为丰富，而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料；随后，详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势，从性能上来看，铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好，目前主要以涂层的形式参与应用，除此之外，研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究，由于玻璃形成能力的限制，作为结构材料的应用较少；最后，对其未来应用前景进行了展望，认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。
非晶合金_精品文档
1. 成核速率
IV
I H0 V
IVHE
均相成核速率：
I H0 V
NV0
exp
1.229 Tr2Tr3
杂质引起的成核速率：
IVHE
AV NS0
exp
1.229 Tr2Tr3
f
2. 晶体生长速率
f
a0
1
exp
H fM Tr RTΒιβλιοθήκη f为界面上生长点与总质点之比
ΔHfM为摩尔分子熔化热
❖ 长程有序和短程有序
晶体：长程、短程均有序； 非晶体：长程无序，短程有序
❖ 单晶体、多晶体、微晶体和非晶体
按照晶粒的大小，固体的层次：单晶体（雪花）、 多晶体（金属，晶体内部有序）、微晶体（小晶体）、 纳米晶体和非晶体。晶体有熔点，非晶态无熔点， 是一个范围。
❖ 非晶态的定义
非晶态材料，顾名思义，就是指非结晶状态的材 料。它是对高温熔液以每秒10万摄氏度的超急冷方法 使其凝固因而来不及结晶而形成的，这时在材料内部 原子作不规则排列，因而产生了晶态材料所没有的性 能。无序，是象液体一样，互相积压，互相靠近，而 不是体心、面心之类。
形象描述： 什么是非晶态材料？ 固态的液体！ 冻着的液体！
❖ 非晶固体的原子类似液体原子的排列状态，但它与液体 又有不同：
✓ 液体分子很易滑动，粘滞系数很小；非晶固体分子 是不能滑动的，粘滞系数约为液体的1014倍，它具有 很大的刚性与固定形状。
✓ 液体原子随机排列，除局部结构起伏外，几乎是完 全无序混乱；非晶排列无序并不是完全混乱，而是 破坏了长程有序的周期性和平移对称性，形成一种 有缺陷的、不完整的有序，即最近邻或局域短程有 序（在小于几个原子间距的区间内保持着位形和组 分的某些有序特征）。
第五章 非晶态材料的制备
18
• （3）软磁特性
软磁材料
磁场强度H的国际单位是A/m。高斯单位是Oe（奥斯特）。
19
• （3）软磁特性
• 所谓“软磁特性”是指磁导率和饱和磁感应强度高，
矫顽力和损耗低。
• 目前使用软磁材料多为结晶材料，具有磁晶各向异性
而互相干扰，结果使磁导率下降。
• 非晶态合金中没有晶粒，不存在磁晶各向异性，磁特
命物质以及液晶都属于这一范畴。
• 在聚合物中，连接的原子的单向性（不对称性）呈现
无规则变化时，该聚合物将形成无规立构体，此时表 现为非晶状态。
13
（5）非晶体玻璃
14
• （5）非晶体玻璃
• 石英玻璃：石英玻璃的结构是无序而均匀的，有序范围大约是
0.7~0.8nm。硅氧四面体[SiO4]之间的转角宽度完全是无序分布 的， [SiO4]以顶角相连，形成一种向三度空间发展的架状结构。
下而不发生结晶。
33
34
五. 非晶材料的制备
1.粉末冶金法
35
2. 气相直接凝聚法
36
• （2）真空蒸发沉积 • 由于纯金属的非晶薄膜晶化温度很低，因此，
常用真空蒸发配以液氮或液氦冷底板加以制备。
• 为减少杂质的掺入，常在具有1.33×10-8Pa以
上的超真空系统中进行样品的制备，沉积速率 一般为每小时几微米，膜厚为几十微米以下。
21
三、非晶态的形成
• 1. 影响非晶态合金形成的因素 • 内因：材料的非晶态形成能力。 • 外因：足够的冷却速度，使熔体在达到凝固温
度时，其内部原子还未来得及结晶就被冻结在 液态时所处位置附近，从而形成无定形的固体。
材料的非晶态形成能力： 合金 > 纯金属； 金属/ 非金属合金 > 金属/ 金属合金
非晶合金形成规律及大块非晶合金制备工艺研究
非晶合金形成规律及大块非晶合金制备工艺研究1.引言非晶合金是指由两种或两种以上的金属元素组成的非晶结构合金，由于其具有优异的物理和化学性质，如高强度、高韧性、耐腐蚀等，因此在诸多领域中有着广泛的应用前景。
非晶合金的形成过程是一个很具有挑战性的问题，也是目前材料学中的研究热点之一。
本文将介绍非晶合金的形成原理及其制备工艺。
2.非晶合金的形成原理非晶合金的形成方式主要分为几种，包括快速凝固法、非平衡固溶法、快速竞争合成法等。
这些方法的共性在于快速冷却、形成高度不规则的结构，在获得非晶结构的同时也限制了其最大尺寸，使其只能形成薄膜或细粉末等形态。
3.大块非晶合金制备工艺与此相对，要得到大块的非晶合金，需要采用更为特殊的方法，包括快速固化铸造、轧制、挤压等方法。
下面以快速固化铸造法为例介绍其制备工艺。
3.1快速固化铸造法快速固化铸造法是目前较为成熟的制备大块非晶合金的方法。
其原理是在高温下将合金液体熔融后，在短时间内将其迅速冷却成非晶态。
快速固化的方式主要有单个表面冷却法、内部冷却法、紫外激光辅助冷却法、水冷却法等。
3.2铸模设计在快速固化铸造法中，铸模的设计和制备是制备高质量非晶合金的关键。
通常使用石膏模进行制备，但石膏模的质量较差，易导致制品表面粗糙，影响质量。
因此，需要通过优化设计和加工工艺来提高铸模的质量。
3.3工艺参数的优化快速固化铸造法的成功实现不仅依赖于合金本身的成分和熔化条件，还与冷却速率、表面温度控制等工艺参数的优化密不可分。
合理的工艺参数能够保证合金快速冷却、形成非晶态，并在保证金属液相不发生结晶的情况下，实现尽可能大的块状非晶化成分。
4.结论因其高强度和耐磨性，非晶合金成为了当前工业应用中的一种主要材料。
快速固化铸造法是目前制备大块非晶合金的主流方法之一，而该方法的成功应用依赖于合金成分的得当选取、铸模的优化设计和制作以及良好的工艺参数控制。
未来更具挑战性的研究方向可能包括探索新的合金组成、设计更为合理的快速固化装置以及提升合金在制备过程中的稳定性。
铜基非晶合金
铜基非晶合金
铜基非晶合金是一种新型合金，它以铜为基础，通过特殊的制造工艺，使其具有非晶态的结构。
这种合金具有许多优异的性能，如高强度、高硬度、优良的电学性能等。
铜基非晶合金的制造方法有多种，包括母合金熔化、快速凝固、铜模铸造法等。
其中，母合金熔化可以采用感应加热法或电弧熔炼方法进行。
快速凝固是通过熔体急冷和深过冷来实现的，而铜模铸造法则是在铜合金的熔融状态下进行铸造。
铜基非晶合金在很多领域都有广泛的应用，如电力电子、汽车制造、航空航天等。
由于其优异的电学性能，它可以用于制造高效率的电力电子设备。
此外，铜基非晶合金还可以用于制造高强度的结构件和耐磨件。
总之，铜基非晶合金是一种具有很高应用价值的新型合金材料，随着对其研究的深入，它的应用前景将会更加广泛。
大块非晶合金制备原理与技术
值，因此它一直是近年来凝聚态物理领域人们不懈追求 的目标。为了获得大块非晶，国内外研究者先后尝试了 非晶粉末压块烧结和非晶薄带叠层复合等方澍他一５１，但 受加工温度和成型技术的限制，整体性能远低于二次加 工前的非晶粉末或薄带的性能。于是研究的热点再次转 向从液相直接获得大块非晶。为了确保：实际冷速Ｒ＞ 临界冷速尺。，实现的途径只能有两个：一是提高尺；一 是降低Ｒ。。受现有冷却技术的限制，只能降低尺。，开发 玻璃形成能力强的合金，使其临界冷却速度可降至 １０２刚ｓ以下，甚至更低。
其次，增大，，，减小三。可增大形核功和临界晶核 半径，抑制形核。研究认为［８，１８Ｊ：多组元、大原子半 径差和元素间大的负混合热将使过冷液体具有更紧密 的无序堆积结构，从而有效地增加液固界面能），；同 时大的负混合热又使得过冷液体在凝固前的微区中原 子间就已经形成了较强的键合，从而减小了结晶潜热 三。。２方面的综合作用将大大提高形核功和临界晶核 半径，有效地抑制结晶形核。
本研究拟用形核理论就获得大块非晶合金的形成 条件与控制因素、形成能力、合金设计思路、制备原 理与技术等进行分析讨论，以期为大块非晶合金的研 究开发和制备提供依据。
１ 大块非晶合金制备原理
对于给定的合金液，当温度降至熔点％以下时， 它可以采取２个途径到达固态（如图１所示）：①Ｒ＜心， 发生晶化转变，需要形核与长大过程，即需要时问， 是１个扩散控制的动力学过程；②尺＞尺。，发生Байду номын сангаас晶化 转变，如果在发生晶化所需的孕育期之前，温度能够 降到低于玻璃化转变温度瓦，则过冷液体将发生非晶 化转变。 １。１ 过冷液体连续冷却转变曲线
摘要：利用形核理论，对大块非晶合金的形成条件、控制因素、合金成分设计思路、制备原理与技术等进行了分析
非晶合金 井上三原则
非晶合金井上三原则
非晶合金是一种由非晶态结构组成的金属合金材料。
它的特点是具有高强度、高硬度、高韧性和良好的耐腐蚀性能。
非晶合金材料的制备方法包括快速凝固、物理气相沉积和机械合金化等。
井上三原则是指非晶合金设计的三个基本原则，由日本学者井上昌秀在20世纪70年代提出。
井上三原则包括：
1. 化学不均匀性原则（Chemical Heterogeneity Principle）：非晶合金中的元素成分应该具有尽可能大的差异，这样可以增强材料的非晶化倾向，提高非晶合金的形成能力。
2. 原子尺度的混乱性原则（Atomic-scale Disorder Principle）：非晶合金中的原子应该尽可能地没有规则的排列方式，以增强材料的非晶性质。
这可以通过合金化、快速冷却等方法来实现。
3. 低熔点原则（Low Melting Point Principle）：非晶合金中的合金元素应具有较低的熔点，以方便制备非晶合金。
一般来说，合金元素的熔点应低于其晶体形式的熔点。
井上三原则为非晶合金的设计提供了一种理论基础，可以指导制备高性能的非晶合金材料。
单纯手法复位与手法复位加敏使朗口服治疗良性阵发性位置性眩晕疗效分析
展 ， 以制 出毫米 级 的块体 非 晶材料 ． 献 Ｉ３ 次 可 文 － 首 ｓ 制 备 出直径 为． 的 ＣｕＺ－ 和 Ｃ — ＿ 三 ｄ３ｍｍ —ｒ Ｔｉ ｕＨｆ Ｔｉ 组元 铜基 非 晶合金 Ｌ． Ｃ —ｒＴ 和 Ｃ — － 的 ３ 在 ｕＺ — ｉ ｊ ｕＨｆ Ｔｉ
组元合金系 ， 非晶尺寸可达 ５ｍ ［ ． ｍ 文献Ｅ３ Ｃ ５在 ｕ
收 稿 日期 ：０ １１—８ ２ １ ２２
使合金成分均匀 ， 将母料在磁搅拌的条件下反复熔 炼 四遍 ， 获得母 合 金．
＊
基金资助 ： 陕西省科 技厅工业 攻关项 目（０ ２ ０ —８ ； ２ １Ｋ ７０ ） 陕西省教育厅专项科研计 划项 目（ １Ｋ ７ ４ ； １Ｊ ｏ ９ ） 陕西省科技厅基 础研究项 目（Ｏ ｏ Ｍ６ １ ） ２ ｌＪ Ｏ ５
添 加 Ｎｉ 元 对 Ｃ — ｒＴｉ 金 的 组 ｕＺ — 合 非 品形 成 能 力 的影 响
范新 会 ， 张诚 栋 ，李 炳 ， 陈 建 ，王 鑫 ，严 文
（ 西安工业 大学 材料与化工学院 ， 西安 ７０ ３ ） １ ０ ２
摘 要 ： 为 了改善 Ｃ —ｒ 合 金 的非 晶形成 能 力 ， ｕＺ— Ｔｉ 通过 添加 第四组 元 Ｎｉ得 到 了 ４种 不 同的 ，
（ｎＣｈｎ ｓ） ｉ ｉｅ ｅ
使得 在快 淬过 程 中较 低 的 冷却 速 率 就 可 以将 合金
［ ］ 胥锴 ， ２ 吴子平 ， 萍． 晶态金 属材料 研究 现状与前 刘 非
景 ［］ 广东有色金属学报 ，０ ５ １ （） ３ ． Ｊ． ２ ０ ，５ ４ ：０
（ ４ ｍ快 渖 合 金 Ｄ的ＸＲＤ图 谱 ｄ） ｒ ａ
非晶态合金的形成条件与制备方法
非晶态合金的形成条件与制备方法非晶态合金是一种特殊的材料，具有非常优异的物理和化学性质。
它的形成条件和制备方法对于研究和应用非晶态合金具有重要意义。
本文将详细介绍非晶态合金的形成条件和制备方法。
一、非晶态合金的形成条件非晶态合金的形成需要满足一定的条件。
首先，合金成分要合适。
通常，非晶态合金由两种或更多种元素组成，其中至少有一种是非晶态形式的。
这些元素的原子尺寸和电子结构应该相似，以便在混合时形成均匀的非晶结构。
合金制备过程中需要快速冷却。
非晶态合金的形成是通过快速冷却液态金属来实现的。
通常，合金液态态由高温下熔融的金属经过混合和均匀化处理得到，然后通过快速冷却来防止晶体的形成，从而形成非晶态结构。
合金材料需要具备合适的形成条件。
通常，非晶态合金的形成需要在合适的温度范围内进行，并且需要保持足够的过冷度，以确保非晶态结构的稳定性。
此外，合金材料的形成还可能受到外界因素如应力和压力的影响。
二、非晶态合金的制备方法非晶态合金的制备方法有多种，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 快速凝固法：这是最常用的非晶态合金制备方法之一。
通过将熔融态合金迅速冷却到非晶态区域的方法来制备非晶态合金。
常用的快速凝固方法包括快速凝固液滴法、快速凝固薄带法和快速凝固块体法等。
2. 溅射法：这是一种通过溅射技术制备非晶态合金的方法。
在溅射过程中，通过将合金靶材置于真空腔室中，利用离子轰击或电子轰击的方式将合金材料溅射到基底上，形成非晶态合金薄膜。
3. 机械合金化法：这是一种通过机械力作用来制备非晶态合金的方法。
常见的机械合金化方法包括球磨法和挤压法等。
在球磨法中，通过高能球磨机将合金粉末进行球磨处理，使其形成非晶态结构。
在挤压法中，通过高压下将合金材料进行挤压，使其形成非晶态结构。
4. 液相法：这是一种通过液相合成的方法来制备非晶态合金。
在液相法中，通过将合金元素的溶液混合并进行热处理，使其形成非晶态结构。
常见的液相法包括熔融法和溶液法等。
Fe基非晶合金的结构和热力学参数研究
学位授予单位:江苏大学
1.学位论文张文洁Cu-Zr-Ti基块体非晶合金的合成及晶化行为的研究2009
Cu基非晶合金,特别是Cu—Zr—Ti体系因其强度高、硬度高、塑性好而成为极具应用前景的非晶合金材料,并引起众多研究者的注目。本文在Cu—Zr—Ti体系中加入少量其他元素,以感应加热铜模冷却的方法制备得到块体非晶合金,并对所制备合金的热力学稳定性进行了分析,找到一系列具有较大尺寸、较好热力学稳定性、有应用前景的Cu基非晶合金。
江苏大学
硕士学位论文
Fe基非晶合金的结构和热力学参数研究
姓名:王芳芳
申请学位级别:硕士
专业:材料加工
指导教师:傅明喜
20081216
Fe基非晶合金的结构和热力学参数研究
(3)用XRD和SEM/EDX技术结合X-射线晶格常数分析,对Al-Ce-TM(TM-过渡金属)体系中具有强非晶形成范围的Al-Ce-Ni体系中的三元化合物和500℃和800℃的相平衡进行了系统的实验研究。实验首次确定了化合物τ7(Al7CeNi2)的晶体结构和成分。实验发现三个新的三元化合物:500℃时存在化合物τ3(Al35Ce16.5Ni48.5);800℃时存在化合物τ11(Al59.8Ce12.1Ni28.1)和τ12(Al40.3Ce30.4Ni29.3)。实验初步确定τ12的晶体结构为正交结构。在此基础上构筑了Al-Ce-Ni体系500℃和800℃等温截面。基于可靠的Al-Ce-Ni二元系参数,利用热力学外推计算方法对富Ni端存在液相的原因进行了热力学分析和实验验证。热力学计算表明:富Ni端Al含量大于1at.%时,800℃将出现液相。XRD、SEM/EDX和DTA实验验证了热力学计算的结果,修正了文献中的错误,进一步说明本工作实测相图的准确性。综合运用实验、第一原理计算和CALPHAD方法首次对Al-Ce-Ni体系富Al端进行了热力学优化,优化得到了一套自洽的描述Al-Ce-Ni体系富Al端的热力学参数。通过CALPHAD方法优化得到的化合物生成焓与实验测定及第一原理方法计算的生成焓很好的一致。用优化的参数计算的Al-Ce-Ni体系相图与实测相图很好的一致。计算的垂直截面及零变量反应与DTA实验结果也很好的吻合。
Ti-Zr-Ni-Cu-Be块体非晶合金形成及性质研究
第１章绪论敏感度是传统ｓＵｓ３１６不锈钢质量流量计的２８，５倍【６７】。
图１—２非晶合金压缩应力－应变曲线（ａ）Ｔｉ４０Ｚｒ２１Ｂｅ２０ＣｕｌｏＮｉ９；（ｂ）Ｔｉ∞Ｚｒｌ６Ｂｅ２０ＣｕｌｏＮｉ９；（ｄ）Ｔｉ５５Ｚ‘ｌｏＢｅｌＢＣｕ９Ｎｉ８；（ｅ）Ｔｉｃ∞Ｚｒ５ＢｅｌｓＣＵ９Ｎｉ８Ｆｉｇ．１－２Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓ—ｃａｓｔ（ａ）Ｔｉ４０Ｚｒ２１Ｂｅ２０ＣｕＩｏＮｉ９；（ｂ）Ｔｉ４５ｚｒｌ６Ｂ。
２０ｃｕｌｏＮｉ９；（ｄ）Ｔｉ５５ｚ。
ｌｏＢｅｌ８Ｃｕ９Ｎｉ８；ａｎｄ（ｅ）Ｔｉ６０ＺｒｓＢｅｌ８Ｃｕ９Ｎｉ８ＢＭＯｓ图ｌ＿３Ｔｉ６０Ｃｕｌ４Ｎｉｌ２Ｓｎ４ＴａＩｏ合金的（ａ）ｓＥＭ照片和（ｂ）基体的ＴＥＭ及ｓＡＤＰ照片Ｆｉｇ１－３（ａ）ＳＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｏｆＴｉ６０Ｃｕｌ４Ｎｊｌ２Ｓｒｌ４Ｔａｌｏ，（ｂ）Ｂｒｉｇｈｔ—ｆｉｅｌｄＴＥＭｉｍａｇｅａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＳＡＤＰｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｍａｔｒｉｘｏｆＴｉｏｏＣ“１４Ｎｉｌ２Ｓｎ４Ｔ８１０ａｌｌｏｙ西北：ｌ：业大学工学硕士学位论文图ｌ－４商敏感度非晶钛合金质量流量计Ｆｉｇ．１－４Ｔｉ－ｂａｓｅｄＢＭＧｓｕｐｅｒ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｍａｓｓｆｌｏｗｍｅｔｅｒ１．３主要研究内容及意义综上所述，国内外关于Ｔｉ基块体非晶合金的研究刚刚起步，目前开发出的合金体系非晶形成能力都相对较低，对其非晶形成能力、结构弛豫和组织结构演化等基础理论问题的研究有待于进一步深入。
鉴于此，本文在教育部新世纪优秀人才支持计划（５２１０２０３０１）、陕西省科技攻关项目（２００５Ｋ０６一Ｇ２）和西北工业大学科技创新基金（Ｍ４５０２１２）等项目的资助下，结合课题组的特点，重点开展以下内容的研究：（１）根据ＭＣＳＲＯ热力学模型，并结合相图和块体非晶合金成分设计理论分析ｎ．ｚｒ－Ｎｉ—Ｃｕ．Ｂｅ系合金的非晶形成能力：（２）系统研究Ｔｉ４０Ｚｒ２ｓＮｉ８ＣｕｇＢｅＩｓ块体非晶合金的非晶形成能力、热稳定性、晶化行为、力学性能及室温压缩变形断裂机理；（３）采用掺杂的方法，研究Ｎｂ和Ｔａ合金化对Ｔｉ４０Ｚｒ２ｓＮｉｓＣｕｇＢｅｌ８非晶合金的组织和性能的影响。