Fe_60_Co_8Zr_10_Mo_5W_省略_块体非晶合金的形成及热处理对性
非晶合金的制备和特性研究
非晶合金的制备和特性研究随着现代工业的不断发展，材料科学也在逐步引领着时代的步伐。
而在材料科学领域中，非晶合金凭借其优异的物理性能和具有应用前景的特性，成为了学术研究和工业制造的热门领域。
本文将介绍非晶合金的制备方法、特性研究和未来的应用前景。
一、非晶合金的制备方法1. 高速凝固法高速凝固法是制备非晶合金的一种有效手段。
通过将熔融金属快速冷却，从而防止金属结晶，形成无定形的非晶态。
高速凝固法具有工艺简单、效率高等优势。
其中，管式和轮子式高速凝固技术是目前应用较为广泛的两种方法。
管式高速凝固法可制备厚度较小的非晶薄片，而轮子式高速凝固法能够制备较厚的非晶合金条。
2. 熔融淬火法熔融淬火法是非晶合金制备中的常用方法。
将金属预先熔化，然后快速冷却至室温，形成非晶态。
与高速凝固法相比，熔融淬火法的工艺更为简单，并能够得到较大的非晶样品。
3. 溅射法溅射法是利用离子束轰击金属靶材表面将材料溅射到基体表面的技术。
通过这种方法，可以制备出质量较高、纯度较高的非晶合金膜。
此外，溅射法还适用于制备非晶纳米粒子和非晶微粒，有望应用于新型储能材料和磁性材料的研究。
二、非晶合金的特性研究1. 物理性能非晶合金因其无定形的结构特征，具有独特的物理性能，如高硬度、高强度、良好的耐腐蚀性和磁性能等，被广泛应用于制造电子元器件、汽车零配件、航空装备等。
2. 热力学性质非晶合金的热力学特性是其性能研究的重点之一。
在非晶合金的制备过程中，熔点较高、过冷度较大的元素分别对非晶态形成和稳定性能有着重要影响。
因此，热力学特性的探究，有助于设计出优良的非晶合金体系。
3. 电子结构电子结构是非晶合金特性的基础，深入研究非晶合金的电子结构，有助于揭示非晶态形成机制和物理性能的源头。
当前，X射线吸收谱和X射线荧光光谱是非晶合金电子结构研究的主要手段。
三、非晶合金的未来应用前景不仅具有上述优越的特性和表现，非晶合金还具备良好的生物相容性和形状记忆效应等，这使其在日益发展的生物医学领域、能源存储领域和机器人领域等具有广阔的应用前景。
全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究
全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究范超;孔见【摘要】为了获得良好的玻璃形成能力,通常在铁基非晶合金中添加类金属元素(P、C、B、Si等),但这些铁基非晶合金大多室温塑性很差,且其脆性与其类金属元素的种类、含量以及分布有密切关系,因而本文选取全金属组元铁基非晶合金(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10,通过旋淬甩带与铜模喷铸的方法分别制备了条带与块体试样,并采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能试验机等进行了相关性能研究.研究表明:(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10的临界尺寸在l～2 mm,玻璃转变温度为482℃,过冷液相区达到70℃;直径为1 mm的非晶棒材的屈服强度为2 190 MPa,断裂强度达到2 800 MPa,塑性应变量为3.6％.全金属成分中更多的金属-金属键合方式可能是其拥有较好塑性的原因.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2019(027)002【总页数】4页(P56-59)【关键词】铁基块体非晶合金;全金属组元;铜模喷铸;塑性;强度【作者】范超;孔见【作者单位】南京理工大学材料科学与工程学院,南京210094;南京理工大学材料科学与工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TG139.8非晶合金是一种具有特殊结构和优异性能的合金材料，它是由金属熔体以极快的冷却速度凝固，从而抑制晶体相的形成，使液态熔体无序混乱的原子组态被冻结下来形成的[1].由于结构上长程无序、短程有序，使其具有一系列优异的性能.其中，铁基非晶合金拥有超高的强度与硬度、优异的软磁性能、优异的耐磨耐腐蚀性能[2-4]，以及丰富的自然资源，使其备受人们的关注.为获得良好的玻璃形成能力，通常在铁基非晶合金中添加1种或几种类金属元素[5-7](如P、C、B、Si等)，但这些铁基非晶合金大多数室温塑性很差，为典型的脆性材料，因而大大限制了铁基非晶合金的广泛应用.在对铁基非晶合金薄带及块体进行脆性分析时，发现其脆性与类金属元素的种类、含量以及分布密切相关[8].在不含类金属元素的Zr基、Cu基、Ti基等大块非晶合金中发现了较高的塑性变形能力，如：Zr61.88Cu18Ni10.12Al10在室温下具有超塑性[9]；Cu47.5Zr47.5Al5的压缩变形量达18%[10]；Ti45Cu40Ni7.5Zr5Sn2.5 的变形量达16%[10].为此，本文选取了不含类金属元素的铁基非晶合金(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10[11]，并添加少量Y、Mo，制备了条带与棒材试样，并进行了相关性能研究.1 实验成分为(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10，[(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10]98M2 (M=Y,Mo)，原材料中金属元素的纯度大于99.9%，按名义成分进行配比，精确到±0.001 g.然后，用非自耗电弧熔炼炉在氩气保护气氛中进行熔炼，至少熔炼4次，以确保合金成分均匀一致；再通过单辊甩带与铜模喷铸的方法制备成样品.采用Bruker D8 X射线衍射仪(XRD)进行试样组织结构分析；用PE DSC 8500差示扫描量热仪分析试样的热稳定性，升温速率为20 K/min；采用长春机械科学研究院生产的DNS系列电子万能试验机进行试样的压缩性能试验，压缩试样的高径比为2∶1，应变速率为5×10-4 s-1，为了保证测试结果的准确，每种成分至少准备3个压缩样；利用FEI Quanta 250F场发射环境扫描电镜(SEM)对压缩断口进行分析.2 结果与分析2.1 非晶形成能力分析图1所示为3种成分的铁基条带的XRD衍射谱图，可以清楚看到，相同条件下FeCoNiCrZr具有更高的玻璃形成能力，在衍射角2θ=44°附近出现1个非晶态典型的漫散射峰，且在整个扫描角度范围内，没有出现明显的晶态尖锐的衍射峰，表明制备的条带样品为非晶态合金.而添加了Y与Mo的成分，有明显的晶态尖锐的衍射峰出现.根据Midema模型[12]，计算合金的混合焓公式为式中：为第i和j元素之间规则熔体的相互作用参数；ci为第i元素的原子分数；为二元液态合金的混合焓.计算得出FeCoNiCrZr的混合焓为-13.30 kJ/mol，FeCoNiCrZrY的混合焓为-12.98 kJ/mol，FeCoNiCrZrMo的混合焓为-12.74 kJ/mol.根据经验准则，大的负混合焓会使原子间的堆垛密度增加，从而使系统的吉布斯自由能降低，降低结晶驱动力，利于形成非晶态.因而，加入Y、Mo元素后其玻璃形成能力是降低的.图1 条带试样X射线衍射谱Fig.1 XRD pattern of ribbon samples根据条带的测试结果，对FeCoNiCrZr成分分别制备了直径为1、2、3 mm的棒状试样，XRD检测结果如图2所示.直径为1 mm的FeCoNiCrZr试样同样在衍射角2θ=44°附近出现1个漫散射峰，且没有出现明显的晶态合金尖锐的衍射峰，表明直径为1 mm的试样为非晶态合金.直径为2和3 mm的棒状试样有明显的尖锐衍射峰出现，表明有晶体相生成；且随着尺寸的增大，晶态衍射峰的数量增加，同时峰的强度也是增强的，表明试样中晶体种类与含量的增加.直径为2 mm的试样为非晶和晶体的复合物，而直径为3 mm的基本上均为晶态合金.因而，得出(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10全金属成分的临界尺寸在1～2 mm.图2 (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10棒状试样X射线衍射谱图Fig.2 XRD pattern of (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10 rod-shape sample 2.2 热稳定分析将直径1 mm的棒状试样用DSC进行热性能参数分析，升温速率为20 K/min，得出的DSC曲线如图3所示.利用切线法，得出(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10的玻璃转变温度Tg为482 ℃，晶化温度Tx为552 ℃，过冷液相区ΔTx为70 ℃.与文献中条带样品的热性能参数相比，玻璃转变温度Tg降低了25 ℃，晶化温度Tx接近，过冷液相区ΔTx提高了28 ℃.这可能是与制备工艺有关.图3 (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10非晶合金DSC曲线Fig.3 DSC curve of (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10 metallic glass2.3 力学性能分析将FeCoNiCrZr非晶合金棒材制备成高径比为2∶1的标准压缩样，室温压缩的应变速率为5×10-4 s-1，并将试样两端磨平整，以保证试验的准确性.图4为其室温压缩应力应变曲线，在单向压缩试验中，试样经过弹性变形阶段，而后屈服进入塑性变形阶段，最后失稳断裂，压缩试验结果列于表1中.图4 (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10非晶合金应力应变曲线Fig.4 The stress-strain curves of (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10 metallic glass表1 (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10压缩性能Table 1 The compressive performance of (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10 直径/mm屈服强度σy/MPa断裂强度σf/MPa塑性应变/%12 1902 8003.6121 6602 0801.7031 7001 8500.59直径为1 mm的非晶试样拥有最高的屈服强度、断裂强度及塑性应变，分别为2 190、2 800 MPa和3.61%；直径为2 mm试样的屈服与断裂强度分别为1 660和2 080 MPa，同时塑性应变为1.7%；而基本为晶体相的3 mm试样的强度与塑性都较小，其屈服强度为1 700 MPa，断裂强度为1 850 MPa，而塑性应变只有0.59%.表明全金属成分铁基块体非晶合金拥有高的强度及较好的塑性，随着晶体相的增加，强度和塑性都降低.为了进一步分析断裂的微观行为，对压缩断裂后的非晶试样进行了断口SEM扫描.图5所示为直径1 mm的FeCoNiCrZr试样的断口SEM形貌，从FeCoNiCrZr 压缩断口微观形貌中可以清晰地观察到脉络状条纹，且条纹间分布着许多类小液滴形态，它们是由于非晶在绝热剪切过程中产生的温升超过了样品的熔点而使样品软化形成的熔滴.图5 直径1 mm (Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10断口SEM形貌Fig.5 SEM images of compressive fracture of 1 mm diameter(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10非晶合金拥有独特的结构特征，其中承载形变的基本单元为几十至几百个原子组成的短程序或中程序原子团簇[13-14].在这样的原子团簇中，协调变形的能力与键的长短及成键方向密切相关，也就是说金属玻璃的原子结合性质有可能成为影响力学性能的主要因素.而在晶体结构中，完全金属键的晶体要比金属键共价键混合的塑性变形能力要强，而完全共价键的晶体通常表现为脆性.因而非晶合金中更多金属-金属键合方式可能拥有较好的塑性变形能力，研究表明，金属-金属之间的键合方式显示更多的s波函数参与键合，而s轨道的电子拥有大的重叠度，在剪切过程中其轨道重叠度基本保持不变，从而拥有高的柔性，进而更容易抵抗剪切应变、吸收裂纹尖端的能量，使非晶合金表现为塑性特征[15-16].(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10无类金属元素，原子之间的键合方式主要为金属-金属键合，因而拥有高的柔顺性，使全金属铁基非晶合金拥有较好的塑性变形能力.3 结论全金属成分(Fe0.52Co0.3Ni0.18)73Cr17Zr10中添加少量Y、Mo元素会使其玻璃形成能力降低，其拥有低的玻璃转变温度Tg为482 ℃和大的过冷液相区ΔTx 为70 ℃；同时拥有高的强度以及较好的塑性变形能力，直径1 mm的非晶试样，室温压缩时的断裂强度达到2 800 MPa，塑性应变达到3.6%，而直径为2和3 mm试样中随晶体相的增加，其强度与塑性都降低.更多金属-金属键合方式是其拥有较好塑性变形能力的原因.参考文献：【相关文献】[1] WANG W H, DONG C, SHEK C H. 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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]。
非晶合金材料
它的强度和硬度比现有的许多晶态金属高， 能高达每平方毫米4000牛顿，超过了超高硬度工 具钢，同时还具有相对较高的韧性。
非晶合金的拉伸塑性较低，在拉伸时小于l％， 但在压缩、弯曲时有较好塑性，压缩塑性可达 40 ％，非晶合金薄带弯达180o也不断裂。
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2.良好的化学性能 非晶态合金比相同成分的晶态合金具有强得多的耐腐蚀 性能，如Fe43Cr16Mo16C18B8非晶合金的耐腐蚀性可比不 锈钢高一万多倍。 由于非晶态材料的显微组织均匀，不包含位错、晶界等 缺陷，使腐蚀液不能入侵。 同时，非晶态合金自身的活性很高，能够在表面迅速的 形成均匀的钝化膜，或一旦钝化膜局部破裂也能够及时 修复。
近年Mg、Ln、Zr、Fe、Pd、Co基合金系中发现 了新的多元非晶合金Rc 低至10-1K/s ，最大试样厚度 达到72mm
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经验原则
随着约化玻璃转变温度Tg/Tm的提高，非晶形成能 力有明显提高趋势，具有较低临界冷却速度Rc和较 大临界厚度tmax的合金，Tg/Tm的值超过0.6
随着过冷液体温度区间ΔTx的提高， Rc降低而临 界厚度tmax增大
Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值 超 过 100K
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Zr-Al-NiP 和 Pd-Cu-Ni-P 非晶合金的ΔTx 的值超过100K
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块状非晶合金的制备与性能
块状非晶合金的制备
制备：快速凝固和固结加工
快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、
当温度升高时，必然有向低能量转化的趋 势，产生晶化。
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非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳定， 不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变为 非晶态
非晶合金的晶化机理分析
非晶合金的晶化机理分析1. 前言非晶合金是一种新型材料，因具有优良的磁、力学、腐蚀、耐磨、导热等性能，在电力、航空、航天、汽车、医疗等领域得到了广泛的应用。
但非晶合金由于其结构的特殊性质，相对于晶态合金来说更加容易发生晶化行为。
因此，对非晶合金晶化机理的研究具有重要意义。
2. 非晶合金的晶化非晶合金是由一种或几种金属元素与非金属元素在一定温度范围内经过快速冷却得到的无定形材料结构。
(Men '大羽弦小学子')晶化现象是指非晶态合金发生长程有序的过程，由于此过程与材料的性能和应用密切相关，因而引起了广泛的研究。
一般来说，非晶合金通过淬火、挤压、冷轧或退火等方式处理后，由于加工过程或外部温度的影响，存在着晶化倾向。
而非晶合金晶化时的机理包括初基元晶粒生成、晶粒长大和合并以及形成晶格序列等过程。
3. 非晶合金晶化机理分析3.1初基元晶粒生成在非晶合金的晶化过程中，初基元晶粒的生成是晶化机理的第一步。
初基元晶粒的生成主要取决于非晶合金材料内在复杂的局部势能坑与外界条件的复杂耦合关系。
在初基元晶粒生成的过程中，影响因素主要有:工艺状态、沉淀体、微缺陷、外加应力等。
3.2晶粒长大和合并在非晶合金的晶化过程中，晶粒的长大和合并是晶化机理的第二步。
非晶合金晶化时晶粒的尺寸和体积呈指数级增长，晶粒尺寸和晶粒间距逐步增大影响晶化时间和晶粒尺寸的增长速率。
而一旦晶粒的尺寸增加到一定大小，晶粒之间就会出现晶粒合并，从而导致晶粒的细粒化阶段结束。
3.3形成晶格序列在非晶合金晶化的第三个阶段，会形成晶格序列。
晶格序列在非晶合金晶化过程中会形成各种尺寸和形状的结晶体，这种结晶体通常存在于非晶合金的表面，晶化趋势强，而晶化峰桥形态多是由于给定的扰动引起的。
4. 结论非晶合金是一种具有特殊结构和特殊性能的新型材料，在现代产业中有着广泛的应用前景和市场价值。
在制备过程中，非晶合金往往伴随着晶化的现象，而晶化机理的研究正是对非晶合金制备过程中晶化现象的剖析和解释。
非晶合金的热处理和性质研究
非晶合金的热处理和性质研究一、引言非晶合金又称为非晶态金属、非晶质合金、非晶态合金等，是一种不具有规则晶体结构的固态金属材料。
与传统晶体金属不同，非晶合金具有极佳的塑性、热稳定性、硬度、强度和耐腐蚀性能，在磁性、电学及光学方面也有独特性质。
而研究非晶合金的热处理和性质，具有重要的工业应用和学术意义。
二、非晶合金热处理方法1. 熔化法熔化法是将合金材料加热至液态，然后急速冷却到室温。
熔化法分为单一熔炼和多元系统熔炼，单一熔炼适用于制备有单一主要元素的非晶合金，多元系统熔炼则适用于复杂合金体系的制备。
2. 溅射法溅射法是将高纯金属靶材放在真空室内，然后通过加热和高能离子轰击使靶材发生溅射，形成非晶合金薄膜。
该方法薄膜制备速度快、成本低，而且可以制备大面积的非晶合金薄膜。
3. 退火法退火是指将高温制得的非晶合金材料在一定的时间内，在高温下保温，让其体系发生晶化，实现由非晶态向晶体的转变。
退火条件和参数对晶化微观结构有很大影响，通过控制不同的退火温度和时间可以制得具有不同微观结构的非晶合金材料。
三、非晶合金性质研究1. 磁性非晶合金具有极好的磁性，在储存、传输、保护信息等方面具有广泛的应用。
研究表明，非晶合金的磁性能与制备工艺和微观结构密切相关。
制备方法中，熔化法制备的非晶合金磁性能优于溅射法制备的；微观结构方面，非晶合金晶粒尺寸越小、分布越均匀、固溶体含量越高，磁性能越好。
2. 电学性质非晶合金的电学性质，在传感器、防磁屏蔽等领域有广泛的应用。
非晶合金的电学性质受化学成分、制备工艺和组织结构影响。
比如，铁基非晶合金中添加Co元素可以提高其电阻率、抗磁性能和疲劳寿命；晶化后的非晶合金电阻率明显提高，代表了其内部电子结构的改变。
3. 机械性能非晶合金具有强度高、塑性好、硬度高和弹性模量变化小等优点，常用于制作高强度、高韧性的结构材料。
然而，非晶合金的机械性能与制备工艺、化学成分和微观结构有密切关系。
以Zr、Nb和Cu为原料的非晶合金中，Cu的含量越多，抗拉强度越高、伸长率越低；而组织中纳米晶粒的尺寸、分布和方向对非晶合金的力学性能也有显著影响。
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。
材料学博士课程《材料科学进展》专题讲座-块体非晶合金的制备、性能及应用
四.块体非晶合金的常用分析方法
XRD分析 DSC (DTA)分析 TEM分析
XRD分析
Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 quinary bulk metallic alloy Trade name Vitreloy 105
非晶态不均匀结构
室温下的超塑性块体金属玻璃 [Wang W.H. Science 315(2007)1385-1388]
(A) TEM image of S2 showing dark regions surrounded by bright regions (corresponding to hard and soft regions, respectively). (B) HRTEM images show mazelike patterns that confirm the glassy nature of the BMGs. The insets in (B) and (D) show SAED patterns. In both dark and bright regions, HRTEM and SAED patterns are identical, implying that no phase separation occurs. Similar structures are also found in S1 (C). However, the structures are not observed in conventionally brittle BMGs (D). [Wang W.H. Science 315(2007)1385-1388]
非晶态合金的性能与应用讲解
弹性模量和温度的关系
• 金属玻璃的塑性与外力方向有关，处于压缩、剪 切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，非 晶合金的压缩延伸率可达 40％，轧制时压下率为 50％以上也不会产生断裂，薄带对弯至180度一般 也不会断裂。 • 金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，一般 只有约0.1%。
• 非晶合金的弹性模量比晶态合金略低。 • 非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力 作用时疲劳裂纹容易形核，疲劳寿命较低。
非晶态合金和晶态不锈钢 在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蚀速率
试样 晶态不锈钢18Cr-40Ni 晶态不锈钢17Cr-14Ni-2.5Mo 腐蚀速率(mm/年) 40℃ 17.75 —— 60℃ 120.0 29.24
非晶态合金Fe70Cr10P13C7 非晶态合金Fe65Cr10Ni5P13C7
热学性能
• 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。
• 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定 ，有些甚至在室温时就会发生转变。
非晶的热处理
•
（因瓦(Invar)效应）金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出
很低的热膨胀系数，并且经过适当的热处理，还可进一步降 低非晶合金在室温下的热膨胀系数。
几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/℃)
• 用非晶带绕成环形磁芯，在直径方向施加很小外 力，会使磁芯的磁特性发生显著变化。用这个磁 芯构成单磁芯桥式多谐振荡器，可将由应力所产 生的磁性能变化转变为直流电压输出，制成高精 度应力传感器。
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催化性能
非晶态金属表面能高，可以连续改变成分，具有明 显的催化性能。作为催化剂被应用始于20世纪80年代。 非晶态金属催化剂主要应用于催化剂加氢、催化脱氢、 催化氧化及电催化反应等。触媒剂在化学工业中具有 相当重要的地位，高效率的触媒剂对化学工业生产效 率的提高、能源的节约以及新化工产品的产生起着重 要的作用。不同的化学反应要求特定的触媒剂，非晶 态合金具有传统材料无法比拟的优异触媒性能。
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。
Fe的添加对Zr基非晶态合金力学及耐腐蚀性能的影响
Fe的添加对Zr基非晶态合金力学及耐腐蚀性能的影响内容摘要锆基体系非晶态合金具有较大的玻璃形成能力，良好的韧性，高的抗腐蚀性以及优越的生物相容性，因此具有很大的潜在价值，但是大部分锆基非晶态合金含有镍元素，镍对人体有害，且价格较高，因此，Ni元素的存在严重限制了该体系非晶态合金的应用。
本文以非晶形成能力比较好的Zr55Al10Ni5Cu30作为基体合金，用价格低廉，且原子半径和电负性与Ni相似的Fe代替合金体系中的Ni，并研究Fe对合金基体的玻璃形成能力、力学及耐腐蚀性能的影响。
关键字:金属玻璃，力学性能，耐腐蚀性能AbstractZr-based bulk metallic glasses (BMGs) exhibit the high glass forming ability(GFA), high strengh, high hardness, superior corrosion resistance and good biocompatibility. Since that, Zr-based bulk metallic glasses show a promising potential value. However, most Zr-based BMGs contain Ni as an important constituent element. Since Ni-bearing alloys are harmful to people, the pressure of Ni has seriously limited the biomedical applications of Zr-based BMGs.In this work, the known BMG Zr55Al10Ni5Cu30 is chosen as the starting alloy and iron as the addition element. The present work is devoted to the preparation and performance study of these alloy samples.Key words：metallic glasses；mechanical property；corrosion behavior 非晶态是一种无序结构，其原子排列不具有长程周期性，但在很小的范围内存在一定的有序，称为短程有序。
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Fe60Co8Zr10M o5W2B15块体非晶合金的形成及热处理对性能的影响研究*杨元政,赵德强,仇在宏,陈小祝,谢致薇,匡同春,白晓军(广东工业大学材料与能源学院,广东广州510640)摘 要: 用铜模吸铸法获得直径为2mm的Fe60 Co8Zr10M o5W2B15和Fe60Co8Zr8M o5W2Nb2B15块体非晶合金。
采用X射线衍射(XRD)、示差扫描量热分析(DSC)、显微硬度及压缩实验等研究了非晶合金的结构、热稳定性及热处理前后的显微硬度与压缩性能。
结果表明Nb的引入不利于非晶合金的形成; Fe60Co8Zr10Mo5W2B15非晶合金的显微硬度为1343H V0.2,抗压强度 bc为972.6M Pa;在低于晶化起始温度的热处理,硬度稍有下降;但在高于晶化峰值温度的热处理,硬度值随时间变化先升高,后下降;在热处理时间相同的条件下,随着热处理温度的升高,合金的硬度升高,但压缩强度会明显下降。
关键词: Fe60Co8Zr10M o5W2B15块体非晶合金;热处理;显微硬度;压缩强度中图分类号: TG139.8;T G113.25文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2005)11-1682-031 引 言具有优异软磁性能的传统薄带Fe基非晶合金与纳米/非晶合金已在电力、电子等工业得到了广泛应用[1]。
Fe基块体非晶合金的出现将极大地拓宽其应用领域。
因此,自从Fe基块体非晶合金出现以来[2],就一直是人们极为重视的合金体系之一[2~8]。
其中, FeCoZrM oWB体系是目前报道的非晶形成能力最强的Fe基合金体系,已获得直径达6m m的圆柱非晶试样[3],用较低纯度或工业纯的原料可获得直径2~ 4mm的圆柱非晶试样[8~11]。
此类非晶合金表现出良好的磁学[3,10,11]与力学性能[3,8,10]。
但不同热处理对该类非晶合金的硬度与压缩性能影响的研究还非常不足,本文主要报道Fe60Co8Zr10Mo5W2B15块体非晶合金形成及热处理对其硬度与压缩性能影响的研究结果。
2 实验方法采用纯度为99.0%以上的金属Fe、Co、Zr、W、Mo、Nb及FeB合金为原料,按所需原子比进行配料。
用铜模吸铸法制备直径为2mm的Fe基合金棒。
采用日本理学D/Max-ⅢA型X射线分析仪(Cu靶,K 射线, =0.154184nm)检测试样的相结构与相组成,并用TA热分析仪在DSC-T GA模式下研究样品的热稳定性,用MVK-H3型显微维氏硬度计测量硬度值,使用WAW-500C型微机控制的材料万能实验机测量样品的压缩应力-应变曲线。
3 实验结果与分析由图1(a)的XRD谱可见,直径2m m的Fe60 Co8Zr10M o5W2B15和Fe60Co8Zr8M o5W2Nb2B15圆柱状合金均为非晶结构。
在升温速率为20 /min时的DSC曲线如图1(b)所示,可见Fe60Co8Zr10M o5W2B15非晶合金只有一个晶化峰放热峰,而Fe60 Co8Zr8M o5W2Nb2B15非晶合金有两个晶化放热峰。
它们的玻璃转变温度T g、晶化起始温度T x、晶化峰值温度T p与过冷液相区温度 T x=(T x-T g)如表1所示。
图1 Fe60(Co、W、Nb)20-x Zr x M o5B15系合金的XRD 谱与DSC曲线Fig1XRD patterns and DSC curves of Fe60(Co,W, Nb)20-x Zr x M o5B15amo rphous alloy比较两种非晶合金的DSC参数可知,添加Nb后。
使非晶合金的T g、T x、T p1与 T x降低, H c增大,并1682功 能 材 料 2005年第11期(36)卷*基金项目:国家自然科学基金资助项目(50371020);广东省科技计划资助项目(2003B12106);广东省自然科学基金资助项目(20010056)收到初稿日期:2005-03-11收到修改稿日期:2005-07-13通讯作者:杨元政作者简介:杨元政 (1966-),男,湖南泸溪人,博士,教授,主要从事块体非晶与纳米合金等研究工作。
使其晶化方式由单级晶化向二级晶化转变,这都说明Nb 元素的引入使非晶合金的稳定性降低,非晶形成能力下降。
表1 两种块体非晶合金在升温速率为20 /m in 时的热力学参数Table 1Ther modynam ic param eters of the tw o bulkam orpho us alloy s合金T g( )T x( )T p1( ) T x( ) H c(J/g)Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15607.1674.0689.066.9-85.4Fe 60Co 8Zr 8M o 5W 2N b 2B 15594.4653.8671.259.4-100.3根据Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15块体非晶合金的T g 、T x 与T p1,确定对其进行低于T g 的590 ,高于T g 而低于T x 的635 ,高于T x 而低于T p1的680 ,高于T p1的725 的4个温度下进行等温60min 热处理。
由图2(a)的XRD 谱可见,温度低于635 的热处理,合金依然为非晶结构。
图2(b)是该合金的显微硬度与热处理温度的关系曲线。
块体非晶合金的显微硬度为1343H V ,在T g 和T x 之间的温度635 热处理后硬度有所下降,但整体上随热处理温度的升高呈增加趋势。
图2 Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15非晶合金经不同温度等温60m in 后的XRD 谱与显微硬度变化曲线Fig 2XRD patterns and micro -hardness of Fe60Co 8Zr 10Mo 5W 2B 15amorphous alloy as a func -tion of annealing temperatur e fo r 60min块体非晶合金Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15在低于晶化起始温度的635 经过不同时间等温热处理后的XRD 谱和硬度变化曲线分别如图3(a)、(b)所示。
可见,在635 长时间等温后,合金仍然保持着非晶结构。
而其显微硬度稍稍降低,但下降的量相当小。
由图4可见,Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15块体非晶合金在高于晶化峰值温度的725 不同时间等温热处理后,合金出现了较强的晶态衍射峰,但衍射峰较宽,说明合金中已出现大量的细小析出相。
合金的硬度随热处理时间先增大,后稍下降。
图3 Fe 60Co 8Zr 10Mo 5W 2B 15块体非晶合金在635 等温不同时间后的XRD 谱与硬度变化曲线Fig 3XRD patter ns and micr o -hardness of Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15amorphous alloy as a func -tion of time annealed at 635图4 Fe 60Co 8Zr 10Mo 5W 2B 15块体非晶合金经725 等温不同时间后的XRD 衍射谱与硬度变化曲线Fig 4XRD patter ns and micr o -hardness of Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15amorphous alloy as a func -tion of time annealed at 725块体非晶合金Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15经不同温度等温60min 后的压缩应力-应变曲线如图5所示。
可见,在整个压缩变形过程基本上只由弹性变形构成,几乎没有塑性变形。
由表2列出的抗压强度 bc 和相对压缩率 c 值可知,此块体非晶合金的 bc 为972.6M Pa,而经635和680 等温热处理后 bc 明显下1683杨元政等:F e 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15块体非晶合金的形成及热处理对性能的影响研究降。
这可能是由于经635和680 等温热处理60min后合金的微观组织产生变化使基体变脆,从而导致抗压强度 bc显著降低。
图5 Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15块体非晶合金和经不同温度等温60min 的压缩应力-应变曲线Fig 5The stress -strain curves of bulk amorphous a-llo y before and after annealed at different tem -perature for 60m in表2 Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15块体非晶合金和经不同温度等温60min 后的强度 bc 和相对压缩率 cTable 2Co mpr ession streng thbc and elo ng ation c of the Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15bulk amorphous allo y befo re and after annealed温度( )As -cast 635680 bc (M P a)972.6736.7508.8 c (%)0.0590.0340.0364 结 论(1) 用铜模吸铸法获得直径为2mm 的Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15和Fe 60Co 8Zr 8M o 5W 2Nb 2B 15块体非晶合金,非晶合金Fe 60Co 8Zr 10Mo 5W 2B 15的玻璃转变温度为607.1 、晶化起始温度为674.0 ,晶化峰值温度689.0 ,过冷液相区 T x 为66.9 。
(2) Nb 的引入不利于非晶合金的形成,会使非晶合金的玻璃转变温度、晶化起始温度、晶化峰值温度、过冷液相区 T x 下降,并使非晶合金的晶化由单级晶化向二级晶化转变。
(3) Fe 60Co 8Zr 10M o 5W 2B 15非晶合金的显微硬度为1343H V0.2,抗压强度 bc 为972.6MPa 。
(4) 在低于晶化起始温度674.0 以下的热处理,硬度稍有下降;但在高于晶化峰值温度689.0 以上的热处理,硬度值随时间变化显示出先升高,后下降的规律。
(5) 在热处理时间相同的条件下,随着热处理温度的升高,合金的硬度升高,压缩强度将明显下降。
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