非晶合金材料ppt课件
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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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非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍
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Zr-Al-Ni-P 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、 不定向熔炼等 固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热 压或热挤压进行制备 La基、Mg基合金最大厚度为10mm，锆基为30mm，Fe 基10mm 采用水淬法制备直径为50mm和72mm的Pd40Cu30Ni10P20 非晶合金，表面光滑良好金属光泽
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从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状 态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而 常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件 不足，阻碍了转化的进行。
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
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非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
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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下表为典型块状非晶合金及其开发年代
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非晶态材料的结构特性
晶体
固体
非晶体
质点在三维空间作有规则的排列， 即远程有序
质点在三维空间排列没有规律性， 即远程无序， 不排除局部区域可能存在规则排列， 即近程有序
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图1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
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晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便
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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Байду номын сангаас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。
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3.非晶态合金的物理性能 非晶合金具有良好的磁学性能，非晶合金因矫顽力小、 导磁率高、铁损小和非常适用于制作变压器、电磁开关、 磁放大器等的磁芯。非晶合金可屏蔽外来电磁场对高分 辨率电子显微镜的干扰;利用其优异的磁性能制作各种磁 记录头和磁光光盘等。 非晶态材料电学性能方面展现出许多优于品态的特点， 如非晶态合金具有比晶态合金大10一100倍的高电阻率。 部分非晶态合金还具有超导特性。
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非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非 晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
会在特征角度出现尖锐的衍射峰
气体：完全无序的结构，因而出现散射现象 玻璃和熔体结构： • 存在相似性 • 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散 状衍射峰 • 近程有序、远程无序 • 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部 有规则排列区域是高度分散的
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非晶态材料的亚稳定性
亚稳态是指该状态下系统的自由能比平衡态高， 有向平衡态（晶态）转变的趋势。 如何形成亚稳态（形成原因） 非晶材料在制备过程中，因熔体急冷使体系粘 度急剧增大，质点来不及作远程有序排列而玻 璃化，其释放的能量较结晶潜热小，即非晶与 晶体相比含有过剩的能量。
非晶合金材料
非晶合金的发展历史 1960年Duwez等人采用Au-Si合金首次制备非晶相 二元非晶系合金一般是由过渡族金属或贵金属和玻璃化非 金属或类金属组成如Fe、Ni、Co等和B、Si、C、P等，玻 璃化元素原子百分比为15-30％ 主要的非晶合金系有： 贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基 镧系金属基、铝基、镁基合金等
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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非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍
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Zr-Al-Ni-P 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、 不定向熔炼等 固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热 压或热挤压进行制备 La基、Mg基合金最大厚度为10mm，锆基为30mm，Fe 基10mm 采用水淬法制备直径为50mm和72mm的Pd40Cu30Ni10P20 非晶合金，表面光滑良好金属光泽
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从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状 态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而 常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件 不足，阻碍了转化的进行。
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
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非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
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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下表为典型块状非晶合金及其开发年代
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非晶态材料的结构特性
晶体
固体
非晶体
质点在三维空间作有规则的排列， 即远程有序
质点在三维空间排列没有规律性， 即远程无序， 不排除局部区域可能存在规则排列， 即近程有序
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图1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
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晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便
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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Байду номын сангаас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。
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3.非晶态合金的物理性能 非晶合金具有良好的磁学性能，非晶合金因矫顽力小、 导磁率高、铁损小和非常适用于制作变压器、电磁开关、 磁放大器等的磁芯。非晶合金可屏蔽外来电磁场对高分 辨率电子显微镜的干扰;利用其优异的磁性能制作各种磁 记录头和磁光光盘等。 非晶态材料电学性能方面展现出许多优于品态的特点， 如非晶态合金具有比晶态合金大10一100倍的高电阻率。 部分非晶态合金还具有超导特性。
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非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非 晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
会在特征角度出现尖锐的衍射峰
气体：完全无序的结构，因而出现散射现象 玻璃和熔体结构： • 存在相似性 • 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散 状衍射峰 • 近程有序、远程无序 • 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部 有规则排列区域是高度分散的
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非晶态材料的亚稳定性
亚稳态是指该状态下系统的自由能比平衡态高， 有向平衡态（晶态）转变的趋势。 如何形成亚稳态（形成原因） 非晶材料在制备过程中，因熔体急冷使体系粘 度急剧增大，质点来不及作远程有序排列而玻 璃化，其释放的能量较结晶潜热小，即非晶与 晶体相比含有过剩的能量。
非晶合金材料
非晶合金的发展历史 1960年Duwez等人采用Au-Si合金首次制备非晶相 二元非晶系合金一般是由过渡族金属或贵金属和玻璃化非 金属或类金属组成如Fe、Ni、Co等和B、Si、C、P等，玻 璃化元素原子百分比为15-30％ 主要的非晶合金系有： 贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基 镧系金属基、铝基、镁基合金等