非晶合金及其应用

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。 二、块体非晶合金的形成机理 1、合金的形成特点 合金熔体形成非晶态合金的过程与凝固结晶过程有较大的不同。非晶态合金在凝固时，随着冷速的增大和温度的降低，熔体连续地和整体地凝固成非晶合金。而晶态合金在凝固时，晶体的形成经历了形核和长大两个阶段，并且通过固液界面的运动从局部到整体逐步凝固结晶。 2、形成条件 按照传统的凝固理论，熔融的金属与合金在冷却过程中如果抑制了非均匀形核并跨越结晶区而被“冻结”，即可获得非晶态。要使金属或合金获得玻璃态组织，首先应使其熔体具有有利于形成玻璃态的合理结构，使原子在随后的冷却过程中重新排列较为困难。这种结构与合金的种类、组元原子半径差及原子间结合的本性有关，取决于非晶形成过程中的热力学和动力学。其次，应有适当高的冷却速率，减少或消除异质形核。以上分别为非晶形成的内部和外部条件，下面分别从结构条件、热力学条件以及动力学条件等方面详细论述。 2.1 结构条件 结构条件是影响非晶合金形成的主要因素。组元原子的半径差别越大，原子在无序密集排列时的密度越大，越有利于组成密集随机堆垛结构，位形改变就越困难，则越容易形成非晶。

非晶合金变压器的优缺点

非晶合金变压器的优缺点 摘要：在工业化进程中，工业革命的不断发展，给人们的生产生活带来了无数的方便，但同时也给自然环境带来极端的破坏。人们已经渐渐认识到环境保护的重要性，并提出了环保、低碳生活的概念。非晶合金变压器的诞生，响应了社会的主流。本文主要介绍了非晶合金材料的特点，及非晶合金变压器性能上的优缺点。 关键词：非晶合金变压器优缺点 非晶合金变压器是高科技环保节能产品，其节能和环保作用已被国际所公认，也被国内电力系统、建设部门上下所认识。目前，产品在制造使用技术上的可行性已日趋成熟，在市场上获得了竞争优势。其高效能、美观环保的卓越特性赢得了广大用户的一致推崇和广泛好评，被誉为“当前世界电气潮流的高科技绿色产品”。 所谓非晶合金变压器，就是指用非晶合金制造成变压器铁芯，并组装成的变压器。 非晶合金是指，合金材料在制造过程中采用了超急冷凝固的技术，使得在材料的微观结构中，金属原子在从液体（钢水）固化成固体的过程中，原子来不及排列成常规的晶体结构就被固化，而形成的原子结构无序排列的合金材料被成为非晶合金。非晶合金材料被发现具有非常优异的导磁性能，它的去磁与被磁化过程极易完成。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。此外非晶态合金材料，还被广泛地应用于电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中，例如，用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，增加有效载荷。用于民用电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效，具有广阔的市场前景。在第十个五年计划期间：我国的科技工作者必将在非晶态合金技术领域做出更加令世人瞩目的贡献。 以铁元素为主的非晶态合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。铁基非晶合金较硅钢材料铁芯损耗大大降低，达到高效节能效果。因而作为一种极其优良的导磁材料被引入变压器等需要磁路的产品中。 铁基非晶合金在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。 1）铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低。但是，在同样的磁通Bm 下，铁基非晶合金磁通损耗的量比0.23mm厚的硅钢小3％。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此，妨碍畴壁运动

非晶合金在电机中的应用

1引言 1．1非晶合金促进电机产业发生重大变革 节能环保、发展绿色低碳经济已受到人们的广泛重视，国家“十二五”规划明确提出了以环境保护为重点的经济发展要求，2012年下半年出台的节能减排“十二五”规划进一步提出了推动节能减排技术创新和推广应用的要求。电机是应用量大、使用范围广的高耗能动力设备，据统计，我国电机耗电约占工业用电总量的70％左右。因此，推行电机节能具有重要的经济效益和社会效益。 非晶合金作为一种新型软磁材料，具有优异的电磁性能(高磁导率、低损耗)。将非晶合金材料应用于电机铁心来替代常规硅钢片材料，能够显著降低电机的铁耗、提高电机效率，节能效果显著，尤其对于铁耗占主要部分的高频电机应用场合(如电动车驱动电机、高速电主轴、航空发电机、舰船发电机和其他军事领域等)，节能效果更好，具有广阔的应用前景。从长远看，非晶合金材料的逐步推广应用，必将会使现有硅钢片电机的市场地位受到挑战。图1为电机发展历程中的几个重大节点。 1．2非晶合金带材的主要特点 非晶材料作为一种新型软磁功能材料，具有典型的“双绿色”节能特征。表1给出了非晶合金带材和冷轧硅钢片的性能对比。从对比数据中可以看出非晶合金带材突出的优点是铁耗极低，仅为冷轧硅钢片的1／5～1／10，甚至1／15，将非晶合金材料应用于电机铁心来替代常规硅钢片材料，能够显著降低电机的铁耗。但是其应用于电机时有两个弱点： ①物理性能薄、脆、硬，且磁性能对应力非常敏感，需要开发新的拓扑结构和制造工艺； ②饱和磁密低，目前仅1．56T，工作磁密小于1．3T。如果电机定子铁心的工作磁密设 计值高于1．3T，需增加定子铁心的尺寸。

2非晶合金电机的研发动态 2．1研发过程 随着变频器的发展和大量应用，非晶合金电机的运行频率从早期的50Hz、60Hz发展到如今的几百甚至上千赫兹。非晶合金材料在不断发展，非晶合金电机的制造工艺、拓扑结构和优化设计技术也在不断深入，电机的性能也在不断提高。美国通用电气公司(GE)早在1978年便申请了制造非晶合金定子铁心的专利，非晶带材一边开槽一边卷绕成圆柱形铁心。GE的研究人员于1982年开发了一台额定功率250W的非晶合金(牌号Met．glass2605SC)异步电机样机，这是首次在文献资料公开发表的非晶合金电机?。 美国莱特公司(LE)是目前世界上非晶合金电机做得最成功的企业之一，也是最早实现非晶电机产业化的公司，其产品均为轴向磁通非晶永磁电机。LE公司自1996年开始研究非晶合金在电机中的应用，从1998年到2001年，该公司处于技术积累阶段。从2001年到2004年，该公司开始开发原型样机和铁心模型，并于2003年形成了一套适用于非晶合金轴向磁通电机定子铁心加工的工艺体系心。从2004年到2006年，该公司开始进行非晶合金电机整机工艺和技术开发，并着手寻找适宜的应用场合。从2007年到2009年，LE公司开始将非晶合金轴向磁通永磁电机推向市场，进行初步的产品化。图2为LE 公司开发的典型非晶合金电机产品——双定子、单转子轴向磁通永磁电机的拓扑结构。

块体非晶合金纳米压痕的受力分析

块体非晶合金纳米压痕的受力分析 摘要用球形压头纳米压痕对块体非晶的力学性能进行研究,在理论上采用Hertz理论,对在弹性变形范围内的块体非晶的最大剪应力进行计算。 关键词块体非晶;纳米压痕;有限元模型。 块体金属玻璃(bulk metallic glasses,BMG)又称为块体非晶,是一种具有短程有序而长程无序的特征,固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列的亚稳态结构的合金。它具有优异的力学、物理和化学性能。在本文中我们所用的是一种典型的块体非晶:VIT-001()。 1Hertz理论的简要介绍 Hertz指出,如果在接触面的边界上作半圆球面,而用它在各点的高度代表压力在各该点处的大小,则位移关系可自动满足。作用于两个相互接触的无摩擦的弹性旋转体之间的压力分布是由Hertz最早给出的,即(其中为接触区域的半径) (1) Hertz并且通过对位移的计算,验证了压力的Hertz分布不会导致圆之外的接触。 2纳米压痕过程的一般描述 给出了一个加载—卸载循环过程的载荷—位移曲线。这里最重要的物理参量是最大载荷()、最大位移()、完全卸载后的剩余位移(),以及卸载曲线顶部的斜率()。参量被称为弹性接触韧度。 这里为接触面积,为约化弹性模量,是与压头几何形状相关的常数。而测试材料的弹性模量则可以根据计算出。对于金刚石压头,其参量分别为,,。 目前被广泛用来确定接触面积的方法是Oliver-Pharr方法,该方法是通过将卸载曲线顶部的载荷()与位移()的关系拟合为一指数关系: 式中和是拟合参数,为完全卸载后的位移。弹性接触刚度便可以根据(2)的微分计算得出 对于拟合一条完整的卸载曲线,不一定总能提供正确的描述,根据整条卸载曲线拟合得到的参量常常导致非常大的误差。因此通常只取卸载曲线顶部的25%到50%。 接触表面的投影面积A的经验公式为

非晶合金的发展与应用

非晶合金的发展与应用 学校： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 目录 目录 2 一、非晶合金简介 2 二、非晶合金的发展历史 2 三、非晶形成的控制因素 3 3.1 非晶形成的热力学因素 3 3.2非晶形成的动力学因素3 3.3非晶形成的结构学因素3 四、大块非晶合金制备方法 3 4.1液相急冷法 3 4.2气相沉积法 4 4.3化学溶液反应法 4 4.4固相反应法 4 五、非晶合金制备工艺技术 4 5.1铜模吸铸法 5 5.2粉末冶金技术5 5.3熔体水淬法 5 5.4压铸法 5 5.5非晶条带直接复合爆炸焊接5 5.6定向凝固铸造法 5 5.7磁悬浮熔炼铜模冷却法5 5.8固态反应5 六、非晶合金性能 6 6.1大块非晶合金的机械性能 6 6.2非晶合金优秀的耐蚀性6 七、非晶合金应用实例 6 八、参考文献7 一、非晶合金简介 非晶态合金又称金属玻璃，具有短程有序、长程无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。 二、非晶合金的发展历史 1959年，美国加州理工大学Duwez在研究晶体结构和化合价完全不同的两个元素能否形成固溶体时，偶然发现了Au70-Si30 非晶合金。1969年陈鹤寿等将含有贵金属元素Pd的具有较高非晶形成能力的合金(Pd-Au-Si,Pd-Ag-Si等)，通过B2O3反复除杂精炼，得到了直径1mm的球状非晶合金样品。1989年日木东北大学的Inoue等通过水淬法和铜模铸造法制备出毫米级的La-AI-Ni大块非晶合金，随后Zr基非晶合金体系也相继问世。20世纪90年代以来，人们在大块非晶合金制备方而取得了突破性进展。Inoue等成功地制备了Mg-Y-(Cu, Ni), La-AI-Ni-Cu, Zr-AI-Ni-Cu等非晶形成能力很高，直径为1一10 mm的棒，条状大块非晶态合金。Johnson等也发现了非晶形成能力比较好的Zr-Ti-Ni-Cu-Be合金体系。目前，合金材料体系有La基、 Zr基、已开发出的块体非晶Mg基、 Al基、Ti基、 Pd基、 Fe基、Cu 基、Ce基等。 1970年在前南斯拉夫的布莱拉召开了第一届国际快淬金属会议(RQI ) ，1975年在关国的坎布里奇召开了第二届国际快淬金属会议(RQII)，此后每隔3年就定期举办一次国际快淬金属会议。1975年关国Allied Corporation开始生产Metglas 2826，其软磁性能比Permalloy 好;1978年示范推广采用Meglas磁芯的节能变压器;1979年利用平断而流铸技术专利生产宽金属玻璃带;1980年在关国帕西潘尼建设投资1千万关元的工厂，生产Metglas合金。此后，国际快淬金属会议虽然从未间断，但是，非晶合金的应用却止步于软磁材料，在其它方而一直没有取得进展，会议的关注度慢慢冷了下来，2005年8月在韩国举办了第十二届会议(RQ 12)。 特别是Johnson教授用他们发现的Vitreloy合金制造了第一件非屏，高尔夫球杆，引起了人们对大块非屏，合金作为结构材料的极大兴趣和期望。2000年9月在新加坡举办了首届大块非屏，合金国际研讨会(International conference on bulk metallic glasses)，此后，每隔1. 5年定期举行，人们的关注度也越来越高。2002年3月在中国台湾，2004年10月在中国北京，2005年5月在美国田纳西州，已经举办了4届会议。2006年10月在日本淡路岛举办第五届大块非屏，合金国际研讨会。 半个世纪以来，非晶合金已经从当初被嘲笑为“愚蠢的合金”，发展成为今天航天、航空等高技术和高档手表、手机、手提电脑等时尚品争相选用的时尚材料。作为兼有玻璃、金属，固体和液体特性的新型金属材料，非晶合金是金属材料很多记录的“保持者”:比如，非晶合金是迄今为止发现的最强的金属材料和最软的金属材料之一(最强的Co基非晶合金的强度高达到创纪录的6.0 GPa最软的Sr基非晶合金的强度低至300 MPa);非晶合金还是迄今为止发现的最强的穿甲材料，最容易加工成型的金属材料，最耐蚀的金属材料，最理想的微、纳米加工材料之一;非晶合金还具有很宽的成分调制范围、具有过冷液相区(软化区)、遗传、记忆、软磁、大磁熵和蓄冷效应等独特性能。 三、非晶形成的控制因素 3.1 非晶形成的热力学因素 在热力学上，非晶态是一种亚稳态，在相同温度下其对应的自由能既高于平衡条件下的非晶态相，也高于非平衡过程的其他所有亚稳相.因为任何其他亚稳相的形成都比非晶态相更依赖于原子扩散和重排。 3.2非晶形成的动力学因素 从动力学的观点来看，讨论非晶态合金形成的关键问题，不是材料从液态冷却时是否会形成非晶，而是讨论在什么条件下，能使液态金属冷却到非晶态转变温度以下而不发生明显的结晶，或不发生可察觉到的结晶。从液态到固态的快速冷却过程中，如果抑制了结晶过程

项目名称块体非晶合金的原子结构与强韧化机理

项目名称：块体非晶合金的原子结构与强韧化机理 推荐单位：北京科技大学 项目简介： 块体非晶合金（BMG）具有传统材料无法实现的高比强度、大弹性变形、耐蚀耐磨、优异软磁等优异性能。在航空航天、精密机械、能源化工、信息和生物材料等领域都显示出了重要应用价值。 BMG的优异性能在于其特殊的原子排列结构，但目前人们对这方面的认识还很不清楚。因此，2005年《Science》将玻璃转变和玻璃的结构本质列为人类面临的125个主要科学问题之一。另一方面，BMG以其高强度而引起人们的关注，但受载时又很容易发生非均匀变形而突然脆断，严重限制了它在工程领域的运用。因而如何提高BMG的强韧性成为人们最关心的问题之一。 为此，我们在"863"、"973"、国家自然基金和教育部创新引智计划等项目支持下，利用高分辨电镜和同步辐射等技术、逆蒙特卡罗模拟和第一性原理分子动力学（AIMD）等方法对BMG原子层次上的堆垛结构进行了深入研究。同时，系统研究了含纳米、微米级晶体相的BMG强韧化和加工硬化问题，发展了一系列新型高性能块体非晶合金复合材料。该成果创新点如下： 1．创新性地运用AIMD等先进计算模拟方法，解决了多组元BMG原子结构难以准确描述的难题。在分析大量BMG中原子分布规律的基础上，提出了非晶合金原子堆垛普适模型。揭示了非晶原子堆垛是在球周期对称分布上叠加中程序尺度上的一维平移对称分布。这种呈壳层状分布的原子堆垛规律不受非晶合金组元种类、原子尺寸以及组元之间的化学作用等因素影响，代表了非晶合金原子结构上的一个普遍特征。由此，非晶转变是由液体结构对称转变到非晶结构对称的过程。并在分析大量BMG结构和性能数据的基础上，提出了非晶合金的结构性能关联。 2．通过在BMG中引入"形变诱导相变"的概念，内生形成了可在形变下产生马氏体相变的晶态增强相，研制出了具有大拉伸塑性和加工硬化能力的BMG复合材料。并发现通过对亚稳母相层错能的调控可以优化复合材料性能，非晶复合材料中的形变诱导相变表现为应变控制的马氏体相变特点，复合材料的加工硬化来源于晶态增强相对于非晶基体应变软化的有效补偿。该结果被Science发文评述认为：“相变韧塑化非晶复合材料极大的提升了非晶合金的潜在结构应用，并开辟了一个新的科学研究方向”。同时被Nature出版集团-亚洲材料（nature publishing group (npg)-Asia Materials）评述为近期材料领域的研究焦点之一，评述中称“该论文为在其它合金体系中开发大韧塑性非晶合金材料提供了一种新的思路，并对非晶态合金材料的实际工程应用起到极大的促进作用”。 3．揭示了非晶复合材料中非晶基体、不同特征晶态相的竞争机制和组织调控机理，阐明了非晶复合材料组织中稳态及亚稳相生产的热力学和动力学条件，通过合金化、控制凝固改变晶体相的析出趋势、晶格错配度、形核核长大特征，研究了不同特性晶态相、以及不同体积分数、分布状态对非晶复合材料整体力学性能的影响，开发出了组织、性能可控，具有实际应用价值的大尺寸块体非晶复合材料。 该项目发表学术论文189篇，总引用2902次。在Advanced Materials、Physical Review Letters等一流期刊发表的8篇代表论文被SCI 引用746次，他引582次，单偏他引最高160次。项目成果被邀请在包括国际块体非晶大会50分钟大会主旨报告在内的国际会议特邀报告20余次。或国家发明专利22项。获国际权威学者在Science、Progress in Materials Science、MaterialsToday等期刊上正面评述10余次。

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景分析

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景 纳米(超微晶)软磁合金材料 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成，其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材，然后经过适当退火，形成微晶和非晶的混合组织。这种材料虽然便宜，但磁性能极好，几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美，但是却不含有昂贵的钴，是工业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料，也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 非晶软磁合金材料的优点 优良的磁性：与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率是铁氧体的10倍以上、低的损耗（是硅钢片的1/5-1/10,是铁氧体损耗的1/2～1/5)，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、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。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。 非晶软磁合金材料的应用领域 电力电子技术领域： 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 通讯技术： 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 UPS电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 抗电磁干扰部件： 交流电源、可控硅、EMI差模、共模电感、输出滤波电感 开关电源： 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 传感器： 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 目前非晶软磁合金材料的产品，应用场合主要包括：互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 在低频电磁元件中，铁基非晶合金被大量应用，在电力配电变压器中的应用已取得良好效果，成为现在生产量最大的非晶合金。在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。 纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。 从目前国内外应用以及今后发展来看，非晶合金的大量使用还是在电力系统：ａ、配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低激磁电流、良好的温度稳定性，使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。

非晶合金研究综述

非晶态合金研究现状及发展前景综述 [摘要]：概述了非晶态材料的发展历史及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。介绍了非晶合金的制备方法,并比较了其产业化的可行性。同时综述了大块非晶合金优异的性能和应用前景。 [Abstract]：An overview of the latest research progress in the history of the development of non crystalline material and the field, and the formation mechanism of bulk amorphous alloys was expounded from the aspects of component structure condition, thermodynamic conditions, dynamic conditions etc.. Introduced the preparation method of amorphous alloy, and the feasibility of its industrialization. The properties and application of bulk amorphous alloys with excellent and review. 1.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]。 非晶态合金长程无序但短程有序，是指原子在空间排列上不呈周期性和平移对称性，但在1～2nm的微小尺度内与近邻或次近邻原子间的键合(如配位数、原子间距、键角和键长等参量)具有一定的规律性。短程有序又可分为化学短程有序和几何短程有序。化学短程有序是指合金元素的混乱状态，即每个合金原子周围的化学成分与平均成分不同的度量；几何短程有序包括拓扑短程有序和畸变短程有序[2]。 非晶态合金与晶态合金一样，都是多组元的合金体系，但是与晶态合金中原子的周期性排列不同，在非晶态合金中，原子的排列不具有长程有序的特点，而仅在单个原子的附近具有一定程度的短程有序，如图1．1所示[3]。非晶态合金独特的原子排列结构使得它具有了显著区别于晶态合金的物理、化学和力学行为[4-7]。因此，非晶态合金作为一种完全不同于晶态合金的新材料具有科学研究上的重要价值[8]。另外，非晶态合金具有某些优异的性能，如高强度、高弹性、耐腐蚀、热成型性能好，等等，这使得非晶态合金具有非常广阔的应用前景[9-10]。例如，与传统的工程材料相比，非晶态合金就综合了晶态合金在力学性能方面的高强度和工程塑料高弹性的优点，如图1．2所示。因此，近年来世界各研究单位投入了大量的研究力量和经费，对非晶态合金的形成理论、制备工艺和性能表征等各个方面进行了深入系统的研究[11-14]。对非晶态合金的研究已成为当代材料科学发展的一个最活跃、最令人激动的方向[15-16]。

非晶态合金的性能及其应用

非晶态合金的性能及其应用 非晶态材料是目前材料科学中广泛研究的一个新领域,也是一种发展迅速的新型材料。所谓的“非晶态”，是相对晶态而言的，是物质的另一种结构状态。它不像晶态那样是原子的有序结构，而是一种长程无序，短程有序的结构，有点类似金属液体的结构。一些合金的非晶态赋予了它比晶态更优异的物理化学性能，使得非晶态材料的研究受到广泛关注。 在非晶态合金中不存在晶态合金中所存在的晶界、位错、扭曲等缺陷，使得其具有优异的机械、物理和化学性能，同时也使得非晶态合金展现出强大的生命力。 1、在机械性能方面，非晶态合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高疲劳 抗力、屈服时完全塑性、无加工硬化现象。 非晶态合金具有极高的断裂强度和屈服强度，如非晶态Fe基合金（Fe80P15C5，Fe72Ni8 P15C7）屈服强度在2000~3000MPa，断裂强度约3000MPa，最高达4000MPa，可以用于制作飞机起落架。还可以通过改变成分及控制制备工艺条件等改善其力学性能，以获得超高强度的合金。对于金属材料，通常是高强度、高硬度而较脆，而非晶合金则两者兼顾，它们不仅强度高，硬度高，而且韧性也较好。 非晶态合金在变形时无加工硬化现象。低温时的塑性变形为不均匀变形，而高温时显示出均匀的粘滞性流动。非晶态金属的动态性能也很好，它有高的疲劳寿命和良好的断裂韧性。和非金属玻璃的脆性断裂不同，它的断裂是通过高度局域化的切变变形实现的。许多非晶态金属玻璃带，即使将它们对折，也不会产生裂纹。 2、在化学性能方面，非晶态合金具有较好的耐腐蚀。 由于没有晶粒和晶界，非晶态合金比晶态金属更加耐腐蚀，非晶态耐蚀合金不仅在一般情况下不发生局部腐蚀，而且对于在特殊条件下诱发的点蚀与缝隙腐蚀也能抑制其发展。利用非晶态合金耐腐蚀的优点，可以制造耐蚀管道、电池电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化学工业的催化剂，目前都已达到了实用阶段，非晶态合金的耐蚀性还可用于长期在泥沙、水流中工作的水轮机上，将大大提高其使用寿命，减少维修费用。 3、在物理性能方面，非晶态合金具有良好的磁学性能以及光学性能。 非晶态合金具具有磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低的特点。非晶态合金的磁性能实际上是迄今为止非晶态合金最主要的应用领域。目前，作为软磁材料的非晶合金带材已经实现产业化，并获得了广泛应用。在传统电力工业中，非晶软磁合金正逐渐取代硅钢片，使配电变压器的空载损耗降低60%~80% ，大大节约了能源消耗。 金属材料的光学性能受原子的电子状态所支配，某些非晶态金属由于其特殊的电子状态而具有十分优异的对太阳光能的吸收能力。所以利用某些非晶态材料能够制造出相当理想的高效率的太阳能吸收器，目前应用较多的是非晶态材料为非晶硅。非晶硅太阳电池的应用市场有2个方面：一个是弱光电池市场，如计算器、手表等荧光下工作的微功耗电子产品；二是电源及功率应用领域，如太阳能收音机、太阳帽、庭园灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测及光伏水泵、户用电源等。 可见，非晶态合金具有优良的性能，在受到广泛研究的同时，也是渐渐用到我们生活的方方面面。但是主要还是集中在磁性材料这一块的应用最广。

非晶合金的强化机制及其应用

非晶合金的强化机制及其应用 Strengthening Mechanism of Non-crystal Alloy and its Application (兰州理工大学,甘肃 兰州 730000) 摘要: 非晶态合金中，原子不呈长程规则排列，是一种完全各向同性的材料。非晶态合金没有界面，原子呈集团地移动，其变形须施加更大的外力。非晶态合金的晶粒直径一般都在纳米级，内部往往会有的第二相，有大量的固溶原子。非晶态合金独特的不同寻常的性能使得这类材料可以被用于体育用品、高性能结构材料、生物医学材料、空间探测材料等各种领域。 关键词: 非晶态合金；强化机制；非晶态合金应用 Abstract: Amorphous alloy with atoms not regularly arranged longly is a completely isotropic material. Amorphous alloy does not have interface, making atoms as group to move. Its deformation requires exert more force.Grain diameter of the amorphous alloy within which there is often a second phase, a large number of solute atoms is generally at the nanoscale. Amorphous alloy can be used in the fields of sporting goods, high-performance structural materials, biomedical materials, space exploration and so on. Key words: Amorphous alloy ；Strengthening mechanism ；Amorphous alloy application 1 引言 金属的强度主要是指抵抗塑性变形的能力而塑性变形产生的主要机制是位错在滑移面上的移动。所以，根据目前工业生产中已经采用的金属材辩的强化手段以及国内外材料发展的新动向，可以得出这样的认识塑性材料的强化可以分为两种途径。一是尽量消除位错等晶体缺陷，获得尽量完美的单晶材料。提高金属强度的另一个途径是有意识的增加位错密度ρ及其移动阻力（如下图1.1）。 前面指出了金属材料强化的两个 途径，即从退火状态出发向减少σ和 增加ρ两个方向发展，多年来国内外在这方面取得了很大进展，那么向增加ρ的方向继续向前发展，会出现什么情况呢?我们得出的结论是：应向无序结构一非晶态合金构研究和应用方 面努力[1-4] 。 图1.1 σ随ρ变化的关系图 2 非晶态合金强化机制 非晶态合金中，原子不呈长程规

非晶合金变压器的发展及应用

非晶合金变压器的发展及应用 [摘要]介绍了非晶合金的产生，非晶合金变压器在我国的发展及在全球的应用，探讨了非晶合金变压器在应用中的优势。 【关键词】非晶合金变压器；应用前景；特点 变压器是输变电中的损耗大户，在配电网损耗中变压器损耗约占30%～60%，其中空载损耗约占变压器损耗的50%～80%，因此推广高效节能的变压器是电网节能的重要途径。非晶合金变压器是用非晶合金材料代替硅钢片制造变压器。非晶变压器有超低的铁损,其铁损比常规干式变压器平均低75%~80%。同时有超高的效率特性,损耗低，省能源，发电厂排放的SO2、CO2废气可大大减少，降低环境污染，对环境保护及降低温室效应有很大的益处。非晶变压器损耗低,产生热量少，温升上升缓慢,故变压器整体温度低绝缘裂化缓慢,可靠性高，变压器寿命长。因此，非晶合金变压器是一种高效节能的变压器，世界主要国家都在大力推广这种节能环保型变压器。为满足社会可持续发展及保护生态环境的需要，当前我国国家发改委已经将非晶合金变压器列在我国重点推广的节能产品之中。 1、非晶态合金的产生 非晶态合金主要是以铁(Fe)、钴(Co)、硅(Si)、硼(B)、碳(C)等元素按一定的配比合成,在制造的过程中，采取急速冷却的工艺，使得金属没有明显的晶格界面，形成无规则的非晶态结构，也就是“非晶合金”。最早发现非晶合金的是美国加利福尼亚大学的研究人员。1978年美国开始研制，1982年上网正式运行。 由于铁磁材料具有高的磁导率，对产生同样大小的磁通所需要的安匝数是不同的。也就是产生同样的磁通，磁导率大的材料所需的安匝数小，反之所需的安匝数大。由于铁磁材料具有高的磁导率，变压器发展初期，使用普通铁片作为铁心材料。20世纪40年代，冶金企业开发出冷轧取向磁性钢片，逐渐取代了热轧片。20世纪70年代后，开发出高导磁性钢片（Hi-B），其单位损耗和励磁安匝比普通晶粒取向磁性钢片要小。20世纪80年代，又开发出磁畴细化（通过激光照射或机械压痕方法）的更低损耗的磁性钢片。 非晶合金铁心是继冷轧晶粒取向硅钢片后的另一种铁心材料，其特点是空载电流和空载损耗相对取向硅钢片有很大幅度的下降。20世纪60年代中期，国外已经开始研究非晶材料，1974年发现其中铁基材料非晶合金用于制造变压器。美国GE公司最早用非晶合金制造出25kV A变压器。我国从1986年开始试制非晶合金变压器。 非晶合金变压器主要分类为油浸式和干式这两种。非晶合金干式变压器包括了敞开式和环氧浇注式这两种型式，其中以环氧浇注型式为最多。以为铁心结构与材料性能上的差异，环氧浇注非晶合金干式变压器在与普通环氧浇注干式变压器结构上相比存在很大的差异。非晶合金变压器一般是三相四框五柱式结构，铁心为矩形截面；高低压绕组相应做为矩形，高压绕组为线绕式、环氧树脂浇注的结构，低压绕组一般为箔绕式。非晶合金干式变压器传承了传统干式变压器的阻燃、难燃、免维护和可靠性高等优点，成为一种新型损耗低的干变。若能从技术上解决其噪声、受力及成本问题，凭借非晶合金干式变压器良好的经济性和节能性，非晶合金干式变压器将会有广阔的应用前景。 2、非晶合金变压器在全球的应用

非晶合金的特点、分类、应用、可行性分析

非晶纳米晶软磁合金及其应用 Amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloys and its application 陈文智 1 非晶合金的特点 由于非晶合金的无序结构，使其具有一些独特的性质： 高强韧性：明显高于传统的钢铁材料，可以作复合增强材料，如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可用在结构零件中，起强化作用。 优良的磁性：与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的磁导率、低的损耗，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、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。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域，下面还将详细介绍。 简单的制造工艺：以传统的薄钢板为例，从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品，需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多，工艺繁杂，传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户，有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，工艺大大简化，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。 2 非晶合金的分类 磁性非晶合金可以从化学成分上划分成以下几大类： 铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4T-1.7T）、软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，作为中低频变压器和电感器铁心(一般在15千赫兹以下)。 铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但导磁率比较高，可以代替硅钢片