铁基块状非晶合金的制备及性能 (1)
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. Bulk metallic glasses[J]. Materials Science and Engineering: R: Reports, 2004, 44(2): 45-89.DOI: 10.1016/j.mser.2004.03.001[2] SI J, MEI J, WANG R, et al. Fe-B-Si-Zr bulk metallic glasses with ultrahigh compressive strength and excellent soft magnetic properties[J]. Materials Letters, 2016, 181: 282-284. DOI: 10.1016/j.matlet.2016.06.052[3] WANG F, INOUE A, HAN Y, et al. Soft magnetic Fe-Co-based amorphous alloys with extremely high saturation magnetization exceeding 1.9 T and low coercivity of 2 A/m[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 723: 376-384.DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.06.192[4] HAN Y, KONG F, CHANG C, et al. Syntheses and corrosion behaviors of Fe-based amorphous soft magnetic alloys with high-saturation magnetization near 1.7 T[J]. Journal of Materials Research, 2015, 30(4): 547-555.DOI: 10.1557/jmr.2014.389[5] LU Z P, LIU C T, THOMPSON J R, et al. Structural amorphous steels[J]. Physical Review Letters, 2004, 92(24): 245503.DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.245503[6] WANG W H. Roles of minor additions in formation and properties of bulk metallic glasses[J]. Progress in Materials Science, 2007, 52(4): 540-596.DOI: 10.1016/j.pmatsci.2006.07.003[7] LI J F, WANG X, LIU X, et al. Effect of fluxing treatment on the properties ofFe66Co15Mo1P7. 5C5. 5B2Si3 bulk metallic glass by water quenching[J]. Physica B: Condensed Matter, 2018, 528: 24-26.DOI: 10.1016/j.physb.2017.10.061[8] KUMAR G, OHNUMA M, FURUBAYASHI T, et al. Thermal embrittlement of Fe-based amorphous ribbons[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, 354(10): 882-888.DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2007.08.001[9] TAO P J, YANG Y Z, BAI X J, et al. Zr-based bulk metallic glass with super-plasticity under uniaxial compression at room temperature[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, 354(31): 3742-3746.DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2008.04.012[10]KIM K B, DAS J, VENKATARAMAN S, et al. Work hardening ability of ductileTi45Cu40Ni7.5Zr5Sn2.5 and Cu47.5Zr47.5Al5 bulk metallic glasses[J]. Applied physics letters, 2006, 89(7): 071908.DOI: 10.1063/1.2337534[11]XIE C, YANG Y, ZHONG S, et al. Formation, magnetic properties and bending deformation of Fe-based amorphous alloy without metalloids[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 695: 877-880.DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.10.182[12]TAKEUCHI A, INOUE A. Classification of bulk metallic glasses by atomic size difference, heat of mixing and period of constituent elements and its application to characterization of the main alloying element[J]. Materials Transactions, 2005, 46(12): 2817-2829.DOI: 10.2320/matertrans.46.2817[13]SPAEPEN F. A microscopic mechanism for steady state inhomogeneous flow in metallic glasses[J]. Acta Metallurgica, 1977, 25(4): 407-415.DOI: 10.1016/0001-6160(77)90232-2[14]SPAEPEN F. Homogeneous flow of metallic glasses: A free volume perspective[J].Scripta Materialia, 2006, 54(3): 363-367.DOI: 10.1016/j.scriptamat.2005.09.046[15]YANG W, LIU H, ZHAO Y, et al. Mechanical properties and structural features of novel Fe-based bulk metallic glasses with unprecedented plasticity[J]. Scientific reports, 2014, 4: 6233.DOI: 10.1038/srep06233[16]袁晨晨. 金属玻璃的键态特征与塑性起源[J]. 物理学报, 2017, 66(17): 176402-176402. YUAN Chenchen.Key state characteristics and plastic origin of metallic glass [J]. Acta Physica Sinica, 2017,66 (17): 176402-176402.DOI: 10.7498/aps.66.176402。
材料科学进展之块体非晶合金的制备、性能及应用
块体非晶合金体系形成的三个经验性准则:
(1) 体系至少要含有三个以上组元
比如锆基非晶合金的Zr-Al-Cu、 Zr-Al-Cu-Ni及 Zr-Al-Cu-Ni-Ti体系
(2) 三个主组元元素之间的原子尺寸差异在12%以上
比如锆基非晶合金的Zr-Al-Cu、 Zr-Al-Cu-Ni及 Zr-Al-Cu-Ni-Ti体系中，主组元Zr、Al及Cu的原 子尺寸差异就在12%以上
2.力学行为的最新研究结果
Pt57.5Cu14.7Ni5.3Pu22.5 BMG的应力~应变曲线（准静态压缩）、剪 切带密度 [Schroers J. Physical Review Letters 2004, 93: 255506]
Cu60Zr30Ti10 BMG及(Cu60Zr30Ti10)95Ta5复合材料的应力~应变曲线 （准静态压缩）、剪切带密度 [Lee J.C. Acta Materialia 2004, 52: 1525~1533]
五.块体非晶合金的性能
1.高强度及高弹性，但高的脆性（在玻璃转变温度Tg以下）
Relationship between tensile strength and Young’s modulus for bulk glassy alloys. The data of crystalline metallic alloys are also shown for comparison. [Inoue A. Mate. Sci. Eng. 2004, 375-377A: 16]
玻璃体获得的条件
1969年，美国科学家D. Turnbull预言：“如 果将液体冷却得足够快及足够低，几乎所有的 材料都能够制备成非晶态固体”，即“玻璃形成
能力”几乎是凝聚态物质的普遍性质。
新型铁基软磁块体非晶合金的制备及性能
第1章 绪 论1.1 非晶合金的研究进展凝聚态物质一般可分为晶态物质、准晶态物质和非晶态物质。
理想晶体中原子的排列是十分有规则的，主要体现在原子具有周期性，或者称为长程有序；准晶体介于晶体和非晶体之间，具有长程的取向有序而没有长程的平移对称性；非晶体则是长程无序而短程有序，属于热力学亚稳态。
从广义分类，非晶态材料包括非晶态合金、非晶态半导体、非晶态超导体、非晶态电介质、非晶态离子导体、非晶态高聚物以及传统的氧化物玻璃等，其原子的结合方式可以是金属键、共价键、范德瓦尔斯键、氢键和离子键结合。
特殊的原子结构使非晶态材料具有较高的强度、硬度、高的耐磨性、好的抗腐蚀性及优良的软磁性能。
这些特性使非晶合金成为极具应用前景的新型材料，在国内外受到越来越广泛的重视。
首次报道成功地制备出非晶合金是在1934年，由德国人Kramer用蒸发沉积方法获得的非晶合金薄膜，不久后，Brenner等人采用化学沉积法制备了Ni-P非晶薄膜[1]。
1959年，Bemal首次用密集的自由堆积硬球模型来解释非晶结构；同年，Cohen 等人根据自由体积模型预言[2,3]：“假如冷却到足够快的程度，即使最简单的液体也可以通过玻璃化转变”，这一观点很快就得到了证实。
1960年美国加州理工学院的Duwez等人[4]采用熔体快速冷却的方法首次制备出Au75Si25非晶合金薄膜，从工艺上突破了制备非晶态合金的关键难题。
随后被Gilman等人[5]加以发展，工艺上能做到连续生产。
合金熔体经急冷形成的非晶合金通常又称为金属玻璃。
1969年，陈鹤寿[6]等人用轧辊法(冷却速率≥105K/s)可以一次性做出厚约30微米、宽几毫米、长可达几十米的非晶薄带，为非晶合金的大规模生产奠定了基础。
与此同时，Tumbull将成核理论运用于金属玻璃，提出了非晶形成的物理机理[7]。
1974年，陈鹤寿以及Turnbull 等人通过石英管水淬法等抑制非均质形核的方法，在103K/s淬火速率下制备出最大直径(D max)达1~3mm的Pd-Cu-Si、Pd-Ni-P非晶圆柱棒。
非晶合金的制备和性能研究
非晶合金的制备和性能研究非晶合金是一种新型材料，由于具有诸如高硬度、高韧性、耐磨、耐腐蚀性等特点，在制造业等领域中得到了广泛应用。
本文将介绍非晶合金的制备方法和其性能研究的最新成果。
一、非晶合金的制备方法非晶合金的制备主要采用快速凝固技术。
所谓快速凝固，就是指将合金液体迅速冷却到过冷状态，以形成非晶态结构。
快速凝固技术可分为物理快速凝固和化学快速凝固两种方式。
物理快速凝固技术是指将熔融金属液体施加高压，喷射成薄丝或小珠状，然后用钨丝短时间加热薄丝或小珠状的金属，在快速冷却的同时形成非晶相。
物理快速凝固技术的主要应用领域是生产细丝和薄膜材料。
化学快速凝固技术是指将合金滴落到冷却的旋转金轮上，造成快速冷却，并形成非晶态结构。
振动、磁场和高能电子束等也可用于非晶合金的制备。
化学快速凝固技术通常用于制备厚度较大的非晶合金板材。
二、非晶合金的性能研究1. 硬度和耐磨性非晶合金的硬度高于传统晶体金属，但是塑性相对较差。
硬度的提高源于非晶合金的无序结构。
耐磨性是衡量非晶合金材料的重要性能之一，该特性直接决定其在使用过程中的耐久性。
一些研究表明，非晶合金的耐磨性不仅仅源于其硬度，也与结构的柔韧性有很大关系。
2. 耐腐蚀性非晶合金具有很好的耐腐蚀性，其抗腐蚀性能远远优于晶体金属。
这一点主要归功于其无序非晶结构，这种结构可以防止垂直于金属表面方向的腐蚀。
此外，在热腐蚀条件下，非晶合金仍可保持其高的耐腐蚀性能。
3. 热稳定性和热导率非晶合金的热稳定性通常比其它非晶态材料低。
热稳定性是非晶合金应用的一个限制因素，因为在一定温度下非晶合金会表现出重结晶和晶体化的现象。
热导率是非晶合金的另一个重要性能，由于非晶合金中的原子间距比较小，电子扩散距离短，因此有很高的电子迁移速率，从而使得非晶合金具有比传统晶体金属更高的热导率。
结论非晶合金作为一种新型材料，具有不同于传统晶体金属的物理和化学性质。
随着技术的进步，非晶合金的技术制备和性能研究已经取得了可喜的进展。
非晶合金材料的制备及其力学性能研究
非晶合金材料的制备及其力学性能研究非晶合金材料是一种相对较新的材料类型，与传统的晶态材料相比，其具有独特的物理性质和化学性质。
非晶合金材料可以应用于航空航天、电子、医疗等多个领域，显示出巨大的发展潜力。
本文将介绍非晶合金材料的制备方法以及其力学性能的研究进展。
一、非晶合金材料的制备非晶合金材料的制备方法可以分为两类，分别是快速凝固法和化学合成法。
1. 快速凝固法快速凝固法是通过迅速冷却熔体，使其在形成晶体前，变为非晶态的一种制备方法。
目前，被广泛使用的快速凝固法有以下几种：（1）单轴旋转法（spinning）单轴旋转法是指将铝合金或镍合金等金属材料坯料放置于高速旋转的铜轮或铜轮带上，将坯料迅速射击铜轮，使其愈接近铜轮，便愈快速冷却，进而形成非晶态的制备方法。
（2）水淬法（quenching）水淬法是将金属坯料置于高温熔体中加热，随后快速将其浸入冷却的水中，使其迅速冷却成为非晶态的制备方法。
（3）离子束沉积法（IBSD）离子束沉积法是指利用离子束材料沉积技术，将稳定的化学反应物受到均匀的束流，使其射入基底材料中，并使速度高达每秒数千米，从而形成非晶态薄膜状的制备方法。
2. 化学合成法化学合成法是通过化学反应制备非晶合金材料的一种制备方式。
目前，被广泛使用的化学合成法有以下几种：（1）溶胶凝胶法（SG）溶胶凝胶法是最常用的化学合成法之一，它是通过活性化学物质（硅酸酯、氧化钛等）进行预反应，然后将产生的胶状物己中的各种材料进行混合，将混合物处理成纳米粘土材料，再进行高温热处置，以制备非晶合金材料。
（2）原子层沉积法（ALD）原子层沉积法是一种批量制备非晶合金薄膜及功能薄层材料的方法，是一种用于自动表征表面单层化学反应的低温平面材料制备方法。
二、非晶合金材料的力学性能研究非晶合金材料的力学性质是研究的重点之一，主要包括硬度、弹性模量、断裂韧性和疲劳寿命等。
下面将对非晶合金材料的力学性能研究进展进行介绍。
块体非晶合金的制备及物理性能验证
块体非晶合金的制备及物理性能验证党的十八大及十八届三中全会以来，节能降耗、绿色发展已成为全社会的共识。
作为一种全新的低能耗、高效率的合金材料--非晶合金材料越来越受到各行业的广泛关注，该材料作为一种强度高、耗能低的新型材料，其优异的化学及物理性能使之在各行业中具有广泛的应用潜力。
目前，对于块体非晶合金的制备工艺、脆性问题、塑性变形能力改善途径、韧化等方面的研究也越来越深入。
文章希望从进口块体非晶合金的制备及物理性能研究验证出发，为今后更准确地把关该进口商品的质量、建立对该进口金属更有效的检验机制提供参考。
标签：进口块体非晶合金；制备工艺；脆性问题党的十八大及十八届三中全会以来，节能降耗、绿色发展已成为全社会的共识，作为一种全新的低能耗、高效率的合金材料——非晶体合金材料越来越受到各行业的广泛关注，越来越多制造企业、研究机构、学术学院已不断进口块体非晶合金用来研究和生产加工，因为不存在晶界及第二相，也没有差排等晶体内部微观缺陷，所以块体非晶合金拥有独树一帜的化学和物理性能。
块体非晶合金的强抵抗形变能力、极高的塑性变形抗力，良好的耐磨损耐腐蚀能力，使其作为新型结构材料进行大量应用有了极强的潜力。
文章旨在从自我制备块体非晶合金的方式以及研究验证其物理性能角度出发，为今后更准确地把关该进口商品的质量、建立对该进口金属更有效的检验机制提供参考。
1 Zr基块体非晶合金的制备非晶结构金属首次被人知晓是在1934年，来自德国的科学家Kramer制备了Sn非晶合金。
1960年人类第一次出现了采用人工合成的非晶合金，美国的Duwez 教授用比正常工艺过程中快得多的冷却速度制备出了Au2Si非晶合金。
1984年，Turnbull等人利用采用熔融玻璃包裹合金熔液，获得了合金熔液深过冷状态，铸造出了厚度达10毫米的Pd40Ni20P10块体非晶。
1993年，美国加州理工学院研究小组发现了至今为止成型能力最佳的锆-钛-铜-镍-铍非晶合金，他们利用高速冷却的方式，制备了直径达100mm的块体非晶合金。
铁基大块非晶合金的制备和磁性能研究
华中科技大学硕士学位论文铁基大块非晶合金的制备和磁性能研究姓名：郭胜锋申请学位级别：硕士专业：纳米科学与技术指导教师：柳林20070530华中科技大学硕士学位论文摘要磁性铁基大块非晶合金具有高的饱和磁化强度，低的矫顽力等软磁特性，属于新型软磁材料，具有良好的应用前景。
通常，铁基大块非晶对于制备条件要求非常苛刻，且原料纯度对其玻璃形成能力有很大的影响，氧的存在也会明显降低其玻璃形成能力。
本研究中发现，利用低纯度原材料，尤其是廉价的工业铁硼合金，通过常规的水冷铜模吸铸的方法可成功制得φ2 mm的[(Fe0.5Co0.5)0.75Si0.05B0.2]96Nb4、Fe61Co6Zr8Mo7B15Al1Y2圆棒状铁基大块非晶合金。
为了进一步提高Fe61Co6Zr8Mo7B15Al1Y2块体非晶合金的玻璃形成能力和改善其磁性能，采用金属Hf替换Zr的方法，获得了φ3 mm的Fe61Co6Zr5Hf3Mo7B15Al1Y2非晶合金，且其具有目前公开报道的Fe基大块非晶合金中最高的玻璃转变温度T g （928 K），表明具有高的热稳定性；同时，Hf的替换部分改善了FeCoZrMoBAlY合金的磁性能。
当Hf的含量为5 at.%时，即成分为Fe61Co6Zr3Hf5Mo7B15Al1Y2的合金具有最大的饱和磁化强度，达到37.8 emu/g，同比原始不含Hf的合金，提高了1.5倍。
尽管合金的磁性能得到部分改善，但其相对较低的饱和磁化强度和相对较大的矫顽力依然不太令人满意，分析认为与其本身固有的磁性原子（67 at.%）含量较少有关。
在此基础上，通过微量调整合金成分，首次合成了具有较强玻璃形成能力的Fe64Co6Hf5Mo7B15Y3大块非晶合金，通过常规的水冷铜模铸造法，利用低纯工业原材料即可获得φ3 mm的大块非晶合金。
其具有良好的软磁性能, 饱和磁化强度提高到50.5 emu/g，矫顽力低至几个Oe。
进一步研究发现，用一定量的金属Co替换Fe原子，能够拓宽新型磁性Fe基大块非晶合金的玻璃形成范围，获得一系列软磁性能良好的新型磁性Fe基大块非晶合金。
非晶合金材料的制备与性能表现
非晶合金材料的制备与性能表现随着人们对新材料的需求越来越高，非晶合金材料作为一种新型材料在近些年来变得越来越热门。
非晶合金材料由于其特殊的结构和性质，具有广泛的应用前景。
本文将介绍非晶合金材料的制备方法和性能表现。
一、非晶合金材料的制备方法非晶合金材料的制备是一种特殊的金属合金制备方法。
与普通合金相比，非晶合金的最大特点是具有非晶结构。
这种非晶结构和晶体结构有很大的不同。
晶体合金是由结晶生长而成的，而非晶合金是由高速冷却凝固而成的。
1.快速凝固技术快速凝固技术是目前制备非晶合金材料的主要方法之一。
这种技术采用的是在高温下将金属熔体以极快的速度冷却到室温以下，使其凝固成非晶态。
根据不同的冷却速度，可以制备出不同的非晶合金材料。
2.靶材溅射法靶材溅射法是一种常用的制备非晶合金薄膜的方法。
这种方法利用一种电子束与金属靶材相互作用的特性，将金属材料喷射到基板上，然后使其迅速冷却成薄膜。
3.电化学沉积电化学沉积是制备非晶合金薄膜的另一种方法。
这种方法通过在金属离子溶液中施加电压，让金属离子在电极上沉积成非晶态材料。
二、非晶合金材料的性能表现非晶合金材料具有许多独特的性能，使其在材料领域有着广泛的应用前景。
1.高强度和硬度非晶合金材料的高强度和硬度是其最显著的特点之一，一般比普通金属材料强度和硬度高出数倍甚至数十倍。
这使得非晶合金材料在制造高强度、高硬度的零部件和结构件时很有用，用作刀具等精密加工行业。
2.良好的热稳定性非晶合金材料具有极好的热稳定性，能够耐受高温，一些非晶合金密度非常稳定，即使在极高的温度下也不会出现结构变化，这种特性使得非晶合金材料在高温环境下有着广泛的应用前景。
3.优异的导电性和磁性部分非晶合金材料具有良好的导电性和磁性，广泛应用于电子、信息和自动化控制等领域。
4.良好的韧性相较于常规的金属材料，非晶合金材料具有更好的韧性和可塑性，渐进变形区更大，避免了传统金属材料易于脆断的缺陷，更加适合各类工业制造。
非晶态合金材料的制备及其力学性能研究
非晶态合金材料的制备及其力学性能研究非晶态合金材料（Amorphous Alloy）是指由金属原子、金属间化合物或金属与非金属元素形成的无定形固体。
这种材料具有优异的力学性能、热稳定性和腐蚀抗性等特点，因此被广泛应用于航天、汽车、电子等领域。
本文将介绍非晶态合金材料的制备方法和力学性能研究。
一、非晶态合金材料的制备方法非晶态合金材料的制备方法主要有快速凝固法、机械合金化法和物理气相沉积法等。
快速凝固法是指将高温熔体通过快速冷却制备非晶态合金。
该方法常用的设备有单轮快速凝固仪、多轮快速凝固仪和线性凝固仪等。
通过这些设备，可以制备出具有不同组成和形状的非晶态合金。
机械合金化法是指将粉末状的金属材料在高能球磨机中进行反复摩擦和冲击，使其发生塑性变形和固态反应，从而形成非晶态合金。
该方法适用于制备微米级别的非晶态合金，具有操作简单、设备成本低等优点。
物理气相沉积法是指将高温的原料气体通过离子束或电子束加热，形成高能原子簇，在衬底上沉积并形成非晶态合金。
该方法可制备出具有较大平面尺寸和均匀厚度的非晶态合金薄膜，适用于微电子器件等领域。
二、非晶态合金材料力学性能研究非晶态合金材料的力学性能是其在工程应用中的重要特性，主要包括弹性模量、屈服强度、延展性等。
弹性模量是指材料在力学应变范围内，对应力变化的敏感度。
非晶态合金材料的弹性模量通常较高，这意味着其具有良好的耐磨损性和抗变形能力。
屈服强度是指材料的抗拉强度达到临界值时所承受的最大应力。
非晶态合金材料的屈服强度通常较高，甚至可超过传统多晶金属材料的强度水平。
这是由于其无定形结构使得位错无法在晶间滑移，因此其内部形成的应力场比多晶材料更均匀。
延展性是指材料在受力时的变形能力。
非晶态合金材料通常具有较小的延展性，这是由其无定形结构所决定的。
但是，可以通过合适的改性和处理方式，提高其塑性和延展性。
非晶态合金材料的力学性能在工程应用中具有重要意义。
研究其力学性能不仅可以为其工程应用提供理论指导，而且还可促进新型非晶态合金材料的发展和应用。
非晶合金材料的制备及性能研究
非晶合金材料的制备及性能研究非晶合金材料是一种由金属元素组成，具有非晶态结构的材料。
其优异的性能使得它在现代工业和科技领域中得到了广泛应用，例如电子、光电、磁学、力学等领域。
本文将对非晶合金材料的制备及性能研究进行探讨。
一、非晶合金材料的制备方法1. 快速凝固法制备法快速凝固法是现代合金材料制备技术中最为重要的一种，这种方法能够制备出纯度高、化学均匀、晶粒尺寸小、结构疏松等特点的非晶合金。
快速凝固法通常有以下几种类型：单液滴冷却法、铸造法、直流电弧法、气体冷却法、电子束加热法等。
其中单液滴冷却法是一种较新的技术，可以实现在室温下制备非晶合金，成本低、生产效率高、无需使用昂贵的装备等优点。
但其最大的问题是单液滴的生产困难，且工艺难度大。
铸造法是最为常见的快速凝固法之一，通过冷却速度极快的方式使得合金液体迅速凝固，从而形成非晶态材料。
这种方法具有工艺简单、设备易得、生产成本较低等优点。
但是其理论基础不够充分，缺乏定量描述的方法，存在一定的局限性。
2. 压轧法制备法压轧法是通过高压下将晶态合金材料压制成非晶态材料的制备方法。
由于高压下材料晶粒会受到破坏，从而形成非晶态材料。
这种方法具有操作简单、无需使用昂贵仪器等特点。
但其无法提高样品量产率，且仅适用于某些特定合金。
3. 溅射法制备法溅射法是通过在靶材表面轰击富含活性物质的粒子或离子束来使之析出，从而制备出非晶合金材料。
这种方法成本较高，生产时间漫长，但其制备的非晶材料净度高，密实度也高。
二、非晶合金材料的性能研究1. 力学性能研究非晶合金材料具有较高的强度、硬度和韧性等优异性能，这些优异性能使得其在机械工程领域有着广泛的应用。
许多研究表明，其力学性能与非晶合金的化学成分、析出时间、冷却速度、晶粒尺寸等相关因素密切相关。
2. 磁学性能研究非晶合金材料具有良好的磁性能，广泛应用于电力和电子工程等领域。
这种优异性能是由于非晶态本身的杂乱馆复杂的磁畴结构所导致的。
非晶合金的制备和性能研究
非晶合金的制备和性能研究非晶合金是一种由金属和非金属元素组成的无序材料，以其独特的物理和化学性质而备受关注。
本文将探讨非晶合金的制备方法，以及其在力学、热学、电学和磁学方面的性能表现。
一、非晶合金的制备方法非晶合金的制备方法主要分为快速凝固法和物理气相沉积法两种。
1. 快速凝固法快速凝固法是将合金液体通过高速冷却的方式制备非晶合金。
其原理是在液态状态下，合金元素之间的结构无序，当冷却速度达到10^6 K/s时，凝固过程没有足够的时间来让元素按照有序的方式排列，从而形成非晶态结构。
常用的快速凝固方法包括单滴法、单轨法、旋转铜轮法等。
其中，单轨法是制备非晶合金的最常见方法。
它将液态合金向快速旋转的铜轮表面喷洒，高速冷却后形成非晶合金。
2. 物理气相沉积法物理气相沉积法是通过将金属原子和非金属原子蒸发到真空室中的基板上，从而形成非晶合金。
在物理气相沉积法中，合金元素被激发、蒸汽化和扩散，形成原子平均距离小于0.4nm的非晶薄膜。
常用的物理气相沉积法包括磁控溅射、电子束蒸发和激光蒸发等。
其中，磁控溅射是一种最常见的制备非晶合金薄膜的方法。
它是通过将钨或其他稳定材料加热至高温，使其蒸发形成粒径小于1nm的蒸汽，进而从靶材表面喷射。
二、非晶合金的力学性能非晶合金具有卓越的力学性能，如高强度、高硬度和高弹性模量。
这些优异性能的来源是非晶合金的无序结构。
非晶合金的无序结构使其具有高度地均质性和无显示的晶体位错。
这些特点使得非晶合金比传统晶态材料具有更高的强度和硬度。
此外，非晶合金还表现出高屈服强度和强塑性。
这些性能使得非晶合金成为耐磨、防腐、高强度和高弹性模量材料的理想选择。
三、非晶合金的热学性能非晶合金在热学方面的性能表现也十分出色，如低热膨胀系数、高热稳定性和高玻璃转移温度。
由于非晶合金的无序结构和较小的平均原子间距，它们通常具有较低的热膨胀系数，这使它们在高温应用中更加稳定。
此外，由于非晶合金的无序结构有助于抑制晶体生长，因此非晶合金具有更高的热稳定性。
非晶合金的制备及性能研究
非晶合金的制备及性能研究非晶合金，也叫做非晶态合金或无晶态合金，是指在快速冷却过程中形成的一种特殊的材料结构，它具有传统晶态材料所不具备的许多独特性能，如高硬度、高强度、低磁滞等。
因此，非晶合金在新材料领域中备受关注，被广泛应用于航空、航天、汽车、电子、医疗等领域中。
本文将介绍非晶合金的制备及性能研究方面的最新进展。
一、非晶合金的制备在制备非晶合金时，需要利用非常快速的冷却速率，才能够在热态下保持原子结构的无序性。
目前制备非晶合金主要有以下几种方法：（一）快速凝固法快速凝固法是制备非晶合金最常用的方法之一，它利用导热系数很小的铜轮或石墨轮进行快速冷却，从而使熔体迅速凝固，形成无晶态结构。
这种方法制备的非晶合金性能较为稳定，但是制备成本相对较高。
（二）减压冷凝法减压冷凝法是一种相对简单，成本较低的制备非晶合金的方法。
该方法是利用高真空下的凝聚效应使液态金属在瞬间凝固。
由于这种方法可以在大气中进行操作，因此受到了广泛的关注。
（三）溅射法溅射法是一种利用高能量粒子轰击靶材产生溅射原子，进而沉积在基片表面而形成薄膜的方法。
该方法可以在常温下制备非晶合金，具有较好的制备效果和制备速度。
二、非晶合金的性能研究非晶合金的高硬度、高强度和低磁滞等优异性能被广泛应用于不同领域，因此，研究非晶合金的性能对于其在实际应用中具有重要意义。
（一）机械性能非晶合金具有强度高、硬度大、韧性好等机械性能，是一种优异的结构材料。
与传统的晶态合金相比，非晶合金的拉伸强度、屈服强度和冲击韧性等机械性能均有明显提高，同时具有较好的可塑性。
例如，铁基非晶合金Fe78Si9B13的冲击韧性比铁素体高出12倍以上。
（二）热学性能非晶合金在一定的温度区间内表现出较好的稳定性能。
温度对其硬度、弹性模量以及应力松弛等特性都有一定的影响。
例如，铁基非晶合金在600℃左右，其硬度和弹性模量分别高达750Hv 和210GPa左右，比传统铁素体高出3倍以上。
非晶态合金材料的制备及其性能研究
非晶态合金材料的制备及其性能研究一、引言非晶态合金材料是由金属和非金属元素混合而成的一种特殊材料，具有良好的机械性能、高温稳定性和耐腐蚀性等特点，在航空、航天、电子、汽车等领域得到广泛应用。
本文旨在介绍非晶态合金材料的制备方法及其性能研究进展。
二、非晶态合金材料的制备方法1.快速凝固法快速凝固法是制备非晶态合金材料的主要方法之一。
它是通过将高温熔体在短时间内迅速冷却而得到的。
快速凝固法主要有以下几种形式：(1)注射成形注射成形是指将高温合金液体喷射到高速旋转的铜轮上，使其迅速凝固成带状或箭头状的合金带或合金箭头。
(2)薄带法薄带法是将高温合金液体均匀倾倒在旋转的铜轮上，使其形成均匀的薄片状合金带。
薄带法工艺简单，适合生产中小规模、复杂形状的非晶态合金部件。
(3)熔体淬火法熔体淬火法是将高温合金液体放在冷却系统中，在液态状态下急速冷却。
2.物理气相沉积法物理气相沉积（PVD）法是利用大气微压力下的物理气相形成气体离子，进行材料表面修饰或改性的工艺。
PVD法可制备多层复合非晶态合金膜、纳米非晶态合金薄膜等。
3.化学气相沉积法化学气相沉积（CVD）法是以气相反应产生的物质形成与原始气体化学不同的新物质，通过气相化学反应方式形成非晶态合金薄膜。
CVD法优点在于大面积生产高质量、不同形状的非晶态合金膜，同时也可以较好地调节非晶态的成分结构。
三、非晶态合金材料的性能研究1.机械性能非晶态合金材料具有很高的硬度和弹性模量，极高的疲劳极限，强度接近于普通坚硬材料的2倍以上。
非晶态合金的强度与它们的化学成分、制备方式、形状和粒度有关。
2.热稳定性非晶态合金材料具有很好的热稳定性。
其玻璃化转变温度（Tg）相对较高，可达到1000°C以上。
与单一纯金属相比，非晶态合金的热稳定性优越，主要由于结晶的组织失去了。
传统的金属多晶材料在高温时会出现晶粒的长大和变形，而非晶态合金不会发生这种情况，因此其高温稳定性更好。
非晶合金的制备及性能分析
非晶合金的制备及性能分析随着工业的发展和科技的进步，人们对材料的要求也越来越高。
非晶合金作为一种新型材料，具有一系列优良的性能，受到了越来越多的关注。
本文将介绍非晶合金的制备方法以及其性能的分析。
一、非晶合金的制备方法非晶合金是通过快速冷却或快速凝固的方法制备而成的。
它可以分为熔融法和气相沉积法（包括物理气相沉积法和化学气相沉积法）两种。
熔融法是指将金属原料加热到熔点以上，然后急速冷却，使其形成非晶态结构的方法。
这种方法可以通过淬火、毛细管铸造、快速凝固等方式实现。
其中，淬火法是最常用的方法，它可以将液态金属迅速浸入冷却剂中，使其在极短时间内迅速冷却，并形成非晶态结构。
气相沉积法是将金属原料加热，使其蒸发成气体，然后在基板表面沉积。
这种方法可以分为物理气相沉积和化学气相沉积两种。
其中，物理气相沉积是将蒸汽金属中的原子聚集在基板表面，形成非晶态结构。
化学气相沉积则是在物理气相沉积的基础上，加入氧化氢、甲烷等气体，使其结构更加均匀，金属原子之间的键更加紧密。
二、非晶合金的性能分析非晶合金具有一系列优良的性能，如高硬度、高韧性、高强度、高比强度、高比热、低线膨胀系数、低磁滞损耗等。
下面对其中几种性能进行详细分析。
1.高硬度非晶合金的硬度一般在Hv800-1800之间，远高于普通金属和合金材料的硬度。
这是因为非晶态结构中缺少了晶粒界面，原子间距的差异也较小，因此原子间的相互作用也更强，从而形成了硬度更高的结构。
2.高韧性非晶合金的韧性是指在受力下不易发生断裂的能力。
这是由于非晶合金的缺陷比较少，没有晶界的阻碍，从而更加均匀。
此外，非晶合金还有较好的变形能力，在一定范围内可以通过变形来缓解应力，从而提高了其韧性。
3.高强度非晶合金的强度远高于常规的晶体金属。
这是因为非晶合金的缺陷较少，原子排列更加均匀，原子之间的键也更加紧密。
此外，非晶合金的强度与温度也没有明显关系，不像晶体金属在高温下容易软化。
4.低磁滞损耗非晶合金的磁滞损耗较低，适用于高精度磁记忆、电流互感器等领域。
非晶合金材料的制备与性能研究
非晶合金材料的制备与性能研究近年来，随着科技的不断发展，非晶合金材料作为一种新型材料备受关注。
非晶合金材料具有优异的性能，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
本文将探讨非晶合金材料的制备方法以及其独特的性能。
一、非晶合金材料的制备方法非晶合金材料的制备方法主要包括快速凝固法、溶液法和气相沉积法等。
快速凝固法是一种常用的制备非晶合金材料的方法。
通过将金属液体迅速冷却，使其凝固成非晶态。
这种方法具有制备工艺简单、成本低廉的优点。
然而，由于快速凝固过程中的非均匀凝固速率，容易导致非晶合金材料的结构不均匀，从而影响其性能。
溶液法是另一种制备非晶合金材料的方法。
通过将金属溶液快速冷却，使其形成非晶态。
相比于快速凝固法，溶液法制备的非晶合金材料具有更均匀的结构和更好的性能。
然而，溶液法的制备过程较为复杂，需要控制溶液的成分、温度和浓度等参数，增加了制备的难度。
气相沉积法是一种制备非晶合金材料的新兴方法。
通过在高温下将金属蒸汽沉积在基底上，形成非晶合金薄膜。
这种方法具有制备过程简单、能够控制薄膜的厚度和成分的优点。
然而，气相沉积法制备的非晶合金材料通常具有较小的尺寸，限制了其在实际应用中的使用。
二、非晶合金材料的性能研究非晶合金材料具有许多独特的性能，使其在各个领域得到广泛应用。
首先，非晶合金材料具有优异的力学性能。
由于其非晶态结构的特点，非晶合金材料具有较高的硬度和强度。
这使得非晶合金材料在制造高强度零件和耐磨件时具有巨大的潜力。
其次，非晶合金材料具有良好的导电性能。
相比于晶体材料，非晶合金材料具有更高的电导率和更低的电阻率。
这使得非晶合金材料在电子器件和电磁材料中得到广泛应用。
另外，非晶合金材料还具有优异的耐腐蚀性能。
由于其非晶态结构的特点，非晶合金材料具有较好的抗腐蚀性和耐磨性。
这使得非晶合金材料在航空、汽车等领域的腐蚀环境中具有广泛的应用前景。
最后，非晶合金材料还具有良好的磁性能。
由于其非晶态结构的特点，非晶合金材料具有较高的磁导率和较低的磁滞损耗。
铁基非晶合金的制备与性能研究
铁基非晶合金的制备与性能研究作者：包文清来源：《中国科技纵横》2019年第17期摘;;要：本文利用电弧熔炼铜模吸铸法制备了名义成分为Fe53.3Cr21.7C13.4Mo11.8B8.2Y2.4的铁基非晶合金。
采用同步热分析仪、X 射线衍射仪、万能试验机、纳米压痕仪和扫描电镜以此测定非晶合金的热力学性能、原子结构、力学性能、断口的形貌以及断裂机制。
结果表明：成功制备了Fe53.3Cr21.7C13.4Mo11.8B8.2Y2.4铁基块状非晶合金，样品表面光亮且没有明显的缺陷，为纯非晶结构。
其玻璃转化温度Tg为495K左右、晶化起始温度Tx为530K左右，晶化峰值温度Tp为600K左右。
腐蚀实验表明：随着腐蚀时间的延长，铁基非晶合金在1mol/L的硫酸、盐酸、氯化钠和氢氧化钠溶液中具有良好的抗腐蚀性，腐蚀速率先增大后趋于稳定。
其在硫酸溶液的腐蚀速率最高，其次是盐酸，而氢氧化钠和氯化钠溶液的腐蚀速率相对较低。
制备的铁基非晶合金的纳米硬度为23.5GPa，远高于一般金属。
拉伸实验发现非晶合金主要的断裂形式是脆性断裂，但在拉伸过程中有大约5%的塑性变形，呈现出较好的拉伸塑性。
从剪切带理论、自由体积理论以及混合焓理论对非晶合金的塑性进行分析。
关键词：铁基非晶;铜模吸铸;纳米压痕;断裂韧性中图分类号：TG139 ;文献标识码：A ;;文章编号：1671-2064（2019）17-0000-000引言随着社会和科技得不断发展，材料的需求量增大，与能源、信息并列为现代科学技术的三大支柱。
由于非晶合金所具有的优异的强度、耐蚀性能和电磁性能等，在材料科学领域里引起了广泛的关注[1]。
Witz于1967年开发出世界上第一种铁基非晶，由于其优良的软磁性能，它吸引了世界范围内非晶态研究的热潮[2]。
由于其独特的铁磁性能，铁基非晶通常应用于磁芯，在配电变压器行业具有深远的发展前景。
铁基非晶合金的形成能力是制备大尺寸非晶合金的关键，因此很多优异性能在实际应用中受到限制[3]。
铁基非晶材料的制备与磁性能研究
铁基非晶材料的制备与磁性能研究随着科技的不断进步，材料科学领域也取得了巨大的发展。
其中，铁基非晶材料作为一种新兴的材料，引起了学术界和工业界的广泛关注。
本文将介绍铁基非晶材料的制备方法以及其磁性能的研究。
一、铁基非晶材料的制备方法铁基非晶材料是一种由铁元素为基础，并通过控制冷却速度来实现非晶化的材料。
其制备方法主要有快速凝固法、溶液法和气相沉积法等。
快速凝固法是制备铁基非晶材料最常用的方法之一。
通过将熔融状态下的铁合金迅速冷却至超过其玻璃转变温度，使其迅速固化成非晶态。
这种方法制备的铁基非晶材料具有高度的非晶化程度和良好的磁性能。
溶液法是通过将铁原子溶解在合适的溶剂中，并控制溶剂的温度和浓度来制备铁基非晶材料。
通过调整溶液中的化学成分和浓度，可以实现非晶化的过程。
溶液法制备的铁基非晶材料具有较好的均一性和可控性。
气相沉积法是将金属源材料以气态形式进行加载，并通过控制沉积温度使其进行非晶化。
此方法可以制备出大面积、高质量的铁基非晶薄膜，具有广泛的应用前景。
二、铁基非晶材料的磁性能研究铁基非晶材料在磁性能方面具有很多优点。
首先，其具有较高的饱和磁化强度和良好的磁导率，可以用于制备高性能的磁性材料。
其次，铁基非晶材料具有较低的铁磁各向异性，可用于制备高频应用的变压器和电感器等。
在磁性能研究中，研究人员通常通过测量铁基非晶材料的磁滞回线、饱和磁化强度、矫顽力等参数来评估其性能。
此外，还可以通过磁温度测量、磁各向异性分析等方法来深入了解其磁性质。
近年来，研究人员还通过合金化和微观结构调控等手段来改善铁基非晶材料的磁性能。
例如，通过添加其他合金元素来调节其磁导率和饱和磁化强度。
此外，还可以通过改变冷却速度、热处理等工艺参数来优化其微观结构，进而改善其磁性能。
三、铁基非晶材料的应用前景铁基非晶材料具有广阔的应用前景。
首先，其在电子领域的应用潜力巨大。
例如，可以用于制备高性能的磁存储器、传感器和电子器件等。
其次，铁基非晶材料还可以用于制备高能量密度的磁纳米材料，用于储能和电动汽车等领域。
非晶合金材料的制备及性能研究
非晶合金材料的制备及性能研究第一章：绪论非晶合金是一种具有非晶态结构的金属材料，具有类似于陶瓷材料的特性，同时又具有金属材料的可形变性和导电性。
这种材料在航空航天、能源、生物医学和电子等领域都有着广泛的应用前景。
本文将对非晶合金材料的制备及性能进行介绍。
第二章：非晶合金材料的制备目前，制备非晶合金材料主要有以下几种方法：1. 溅射法：电子束蒸发、离子束蒸发和磁控溅射等方法可以制备出高质量的非晶合金薄膜。
2. 快速凝固法：在合金熔体凝固过程中通过快速冷却制备非晶合金。
这种方法可以制备出大尺寸的非晶合金薄膜。
3. 熔体淬火法：将合金熔体淬火冷却到玻璃转变温度以下，制备出非晶合金。
4. 机械合金化：通过高能球磨、机械合金化等方法在常温下制备非晶合金。
这些制备方法各有优缺点，应根据具体需要选择合适的制备方法。
第三章：非晶合金材料的性能由于非晶合金材料没有明显的晶粒结构，因此其具有一系列独特的物理、化学和力学性质。
1. 物理性质非晶合金材料具有优良的磁性、导电性、阻尼性和热稳定性等物理性质。
其中，磁性能是非晶合金材料的一大特点。
由于其非晶态结构，使得其在磁性能上比晶态材料表现更好。
2. 化学性质非晶合金材料对空气、水和一些酸碱等具有很强的抗腐蚀性。
同时，由于非晶合金材料表面的活性较高，可加工性也相对较差。
在进行加工过程中需注意保护表面以避免表面发生化学反应。
3. 力学性质由于非晶合金材料具有非晶态结构，因此其在力学性能上也表现出独特的特点。
通常情况下，非晶合金的硬度和弹性模量高，但其塑性和韧性较差。
此外，非晶合金的断裂韧性比晶态材料低，但强度高。
第四章：非晶合金材料的应用目前，非晶合金材料在多个领域中得到广泛应用。
以下几个方面是非晶合金材料应用的主要领域：1. 机械工业非晶合金材料具有优异的硬度和强度等力学性能，在制造汽车、航空航天等行业中有着广泛的应用。
2. 生物医学非晶合金材料可通过调整合金成分来调节其生物活性，因此可作为医学材料用于制备人工关节、牙科材料等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
抗弧，而且在３．５％ＮａＣｌ溶液中测得的极化曲线上存在钝化区．合金硬度为ＨＶｌ０３２．
关键词 铁基块状非晶合金，玻璃形成能力，热稳定性，耐腐蚀性能
中图法分类号ＴＧｌ３９．８
文献标识码Ａ
文章编号０４１２－１９６１（２００５）０２一０２０９一０５
ＰＲＥＰＡＲＡＴＩｏＮ ＡＮＤ ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳ ｏＦ Ｆｅ—ＢＡＳＥＤ
本实验成功地采用工业原材料利用铜模浇注的方法 制备了直径为１．５ ｍｍ的Ｆｅ６０ＣｏｓＺｒｌ０ＭｏｓＷ２８１５块 状非晶合金，同时研究了其热稳定性、力学、磁学及抗腐
蚀Hale Waihona Puke 能．１实验方法 实验用合金成分为Ｆｅ６０ＣｏｓＺｒｌ０Ｍ０５Ｗ２８１５（原子分
数，％，下同）．将工业纯Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ和Ｆｅ＿ ７９．７４％Ｂ（质量分数）预合金按标称成分配重后，利用电 弧炉熔炼成母合金锭，然后利用铜模浇注法制备成直径为 １．５ ｍｍ（样品１）和２．５ ｍｍ（样品２）的圆柱棒．
摘 要 采用工业材料利用铜模浇注方法制备了直径为１．５ ｍｍ的Ｆｅ６０ＣｏｓＺｒｌｏＭ０５Ｗ２８１５块状非晶合金．利用ＸＲＤ和
ＤＳＣ对非晶合金铸态结构及热稳定性进行了分析．该合金的玻璃转变温度墨、晶化开始温度足、过冷液相区△了１ｘ（兄一毛） 及约化玻璃转变温度正ｇ（珏／死、）分别为８９１ Ｋ，９５０ Ｋ，５９ Ｋ和ｏ．６２．Ｍ５ｓｓｂａｕｅｒ谱为宽化、非对称的双线谱，表明该合 金为顺磁性的非晶合金．该合金在３．５％ＮａＣｌ溶液和ｌ ｍｏｌ／Ｌ ＨＣＩ溶液中表现出良好的抗腐蚀性能，电化学阻抗谱为单一的容
ｆＤＳＣ）ｔｏ ｂｅ ８９１ Ｋ，９５０ Ｋ，５９ Ｋ，ａｎｄ ０．６２，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ Ｍ５ｓｓｂａｕｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｘｉｓｔｓ ａ ｂｒｏａｄ—
ｅｎｅｄ ａｎｄ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅｔ——ｌｉｋｅ ｐｅａｋ ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ａ ｆｕｌｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎｍｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ａｌｌｏｙ ｈａｓ ａ ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ３．５％ＮａＣｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｎｏｄｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｈａｓ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．ＥＩＳ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｎｌｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｌｏｏｐ．ｍａｎｉｆｅｓｔｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．≤ｒｈｉｓ ｂｕｌｋ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｇｌａｓｓ ａｌｓｏ ｈａｓ ａ
Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００１６ ２）Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，
Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＺＨＡＮＧ Ｈ嘣ｅｎｇ．ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｔｅｌ：（０２４）２３９７１７ｓ３｝Ｆａｘ：（０２４）２３８９１３２０，
ｐｅｒａｔｕｒｅ（疋），ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎｓｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（足），ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｒｅｇｉｏｎ（△Ｔｘ＝Ｔｘ一是），ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（正ｇ＝耳／２１ｍ）ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ
图１样品１和２的ｘ射线衍射谱
Ｆｉｇ．１
ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ １ ａｎｄ ２ ｗｉｔｈ １．５ ｍｍ ａｎｄ ２．５ ｍｍ ｉｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
２．２热稳定性能
图２为样品１的ＤＳＣ曲线图．由图可以看出，在 ＤＳＣ曲线上存在明显的玻璃转变点、过冷液相区和晶化
Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．Ｇ２０００６７２０１）
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２００４—０３—１５．ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ２００４—０６—０１
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａ ｂｕｌｋ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｇｌａｓｓ（ＢＭＧ）ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｏｆ ＦｅａｏＣ０８ＺｒｌｏＭ０５Ｗ２８１５ ｗｉｔｈ ａ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ
耐腐蚀性能和良好的软磁性能而越来越引起研究者的广 泛关注．铁基合金非晶形成能力较低，在冷却过程中需要 很高的冷却速度，因此所得到的样品均为丝状或薄带状． 作为软磁材料，铁基非晶合金条带已经应用于磁性材料领 域［１－－２ Ｊ．然而铁基非晶合金薄带在实际应用中，由于薄带 之间存在空隙使饱和磁化强度减小，而降低了变压器的效 率．另外由于尺寸的影响，铁基非晶合金很难制备出形状
ＢＵＬＫ ＭＥＴＡＬＬＩＣ ＧＬＡＳＳ
Ｃｈｅｎ］），删ⅣＧ肌咖ｎｇ¨，日Ｕ ＬＩＵ Ｄｏｎｇｙａｎ¨，ｗ疆ⅣＧ
Ｚｈｕａｎｇｑｉｌ）
１１ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
放热峰．其热稳定性参数，如玻璃转变点耳、过冷液相 区△足、晶化开始温度足、约化玻璃转变温度正。分
别为８９１ Ｋ、９５０ Ｋ。．５９ Ｋ和０．６２． Ｆ卜Ｃｏ－Ｚ卜Ｍｏ—Ｗ Ｂ合金具有很强的玻璃形成能力
和高的热稳定性可以用Ｉｎｏｕｅ的非晶形成三个原则来理
解【１１ Ｊ．作为此合金的主要组成成分Ｆｅ—Ｚｒ—Ｂ，它已满足
万方数据
２１０
金属学报
４１卷
复杂的磁性器件，因而其在应用中受到了很大的限制．所 以寻找玻璃形成能力较大的铁基块状非晶合金是一个有 意义的研究课题．
与Ｌｎ基、Ｚｒ基、Ｐｄ基、Ｍｇ基块状非晶合金 相比，铁基块状非晶合金的获得较为困难． １９９５年，日 本的Ｉｎｏｕｅ研究小组率先以高纯的金属和非金属为原材 料，用铜模浇注的方法先后成功地制备了一系列铁基块状 非晶合金，如Ｆｅ一（ＡＩ，Ｇａ）一Ｐ—Ｃ—Ｂ【引，Ｆｅ一（Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ）－ ｆＣｒ，Ｍｏ，Ｗ）一Ｂ｛４１，Ｆｅ—Ｃｏ—Ｌｎ—Ｂ［５１，Ｆｅ—Ｃｏ—Ｎｉ—Ｓｉ—Ｂ［引， Ｆｅ—ｓｉ—Ｂ ｚｒ【７Ｊ等．其中Ｆ卜ｃｏ＿（ｚｒ，Ｎｂ，Ｗａ）一（Ｍｏ，ｗ）一 Ｂ【８Ｊ系棒状试样最大直径达到了６ ｍｍ．除了使用高纯度 的原材料，还在Ｆｅ一（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｇａ）一Ｐ—Ｃ—Ｂ【９Ｊ和Ｅ卜Ｎｉ－ （Ｐ，Ｂ）１１０Ｊ等合金系采用净化处理（ｆｌｕｘ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）原材 料的方法制备了铁基块状非晶合金．无论是使用高纯度原 材料，还是净化提纯原材料，都是为了抑制在冷却过程中 异质形核以提高合金的非晶形成能力．然而，使用高纯度 原材料会大大地提高生产成本，而净化处理会使生产程序 复杂化．所以利用工业原材料制备铁基块状非晶合金具有 极其重要的意义．
Ｅ—ｍａｉｌ：ｈ＃ｈａｎ ｔ＠ ｉｍｒ ． ａｃ ｃｎ
．．ｑ
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｉｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （Ｎｏ．２００１ＡＡ３３１０１０１ ａｎｄ Ｎａｔｉｏｎａｔ Ｋｅｙ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
第４１卷 ２００５年２月
第２期
２０９—２１３页
金属学玻
ＡＣＴＡ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．４１ ＮＯ．２ Ｆｅｂ．２００５ ＰＰ．２０９—２１３
铁基块状非晶合金的制备及性能
刘冬艳·） 王成。） 张海峰－） 胡壮麒·）
１）中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室，沈阳１１００１６ ２）中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室，沈阳１１００１６
１．５ ｍｍ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏｐｐｅｒ ｍｏｕｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｔａｔｅ ｗａｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｉｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍ—
ｒ毋．ｏ—ＥＪ∞Ｓｘ山０
图２样品１的ＤＳＣ曲线图 Ｆｉｇ．２ ＤＳＣ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ １
２期
刘冬艳等：铁基块状非晶合金的制备及性能
２１１
三原则， １）它是由三个或三个以上的元素构成， ２） 主要元素间的原子尺寸之比大于１２％，３）元素间的混 合焓为负值． Ｆｅ—Ｃｏ—Ｚ卜Ｍｏ－Ｗ—Ｂ合金系是由六种 元素构成，根据Ｇｒｅｅｒ的混乱原则【１２Ｊ，合金中含的 元素种类多，使得晶态相在析出的过程中原子的长程扩 散变得更加困难，从而提高了非晶的形成能力．同时这 六种元素同时存在使得此合金中的原子尺寸更复杂和具 有连续性，原子半径的大小关系为Ｚｒ（Ｏ．１５９ ｎｍ）＞Ｗ （０．１３７ ｎｍ）＞Ｍｏ（Ｏ．１３６ ｎｍ）＞Ｃｏ ｆｏ．１２５ ｎｍ）＞Ｆｅ （ｏ．１２４ ｎｍ）＞Ｂ（ｏ．９８ ｎｍ）．而且，除了类金属原子Ｂ与 金属元素之间有很大的负混合焓外，金属原子间的混合焓 为非正值，Ｆｅ—ｃｏ为一１ ｋＪ／ｍｏｌ，Ｆｅ—Ｚｒ为一２５ ｋＪ／ｔｏｏｌ， Ｆｅ－Ｍｏ为一２ ｋＪ／ｔｏｏｌ，Ｆｅ—Ｗ为０ ｋＪ／ｔｏｏｌ，Ｃｏ—ｚｒ为 一４１ ｋＪ／ｍｏｌ，Ｃｏ—Ｍｏ为一５ ｋＪ／ｍｏｌ，ｃｏ＿ｗ为一１ ｋＪ／ ｍｏｌ，Ｚｒ－Ｍｏ为－６ ｋＪ／ｔｏｏｌ，ｚ卜ｗ为～９ ｋＪ／ｔｏｏｌ，Ｍｏ＿ ｗ为０ ｋＪ／ｍ０１．组成元素具有非正混合焓和不同原子尺 寸比，可以形成致密的无序密堆结构，提高了固／液界面 能，抑制晶态相形核，且过冷液体粘度随温度的降低而增 大使组元元素原子的长程重排变得困难，所以提高了非晶 的形成能力及热稳定性． ２．３磁性能