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。

1、非晶合金带材在软磁材料中的应用

优异的磁学性能使非晶合金成为当今软磁材料的首选材料，同时磁性材料是迄今为止非晶合金应用最成功的领域。在传统电力工业中，非晶软磁合金带材正逐渐取代硅钢片，是铁基非晶合金除了居里温度与饱和磁感外，铁基非晶合金的各项性能（抗拉强度、硬度、最大磁导率、激磁功率密度等等）都大大优于冷轧硅钢片，尤其是矫顽力大大小于冷轧硅钢片，使得其磁致损耗远低于冷轧硅钢片，这就使得非晶铁心电机的效率大大提高。

2、块体非晶合金的应用

块体非晶合金，又称为大块非晶合金，因其尺寸较大，打破了带状非晶合金和非晶粉末的尺寸限制，可以方便地制成各种机械零件，做为结构材料大规模使用，因而成为目前非晶合金领域研究最热的方向。

例如非晶钢，与传统钢材相比，大块非晶钢性能优异：其屈服强度是传统高强钢的2～3倍，在室温下不具有铁磁性，热稳定性高(玻璃转变温度接近于或高于900K)，抗海水腐蚀能力强，因而可以用作未来海军舟见船韵表面防护。由无磁非晶钢所制造的船体，在反探测、抗打击能力方面具有传统钢材无法比拟的优势。

还有轻量化结构材料，铝基非晶合金、镁基非晶合金等低密度材料，强度和硬度都大大超过普通钢铁的材料。

更或者是在一些高档用品中的使用，由块体非晶合金制造的高尔夫球头、滑雪板、棒球棒、滑冰用具有良好的强度，抗塑性变形能力。

3、其他

非晶态合金对某些化学反应具有明显的催化作用，可以用作化工催化剂；某些非晶态合金通过化学反应可以吸收和放出氢，可以用作储氢材料

非晶合金因弹性极限大大高于普通晶态合金，加上优良的抗疲劳性能、高屈服强度等优点，成为精密仪器弹簧的首选材料

非晶态合金有着如此优良的性能，可以在很多领域带来巨大的改变，但是同样也存在着一些问题。非晶态合金带材厚度宽度有限，产品尺寸受到限制。许多非晶态合金在500℃以下发生晶化，使得工作温度有限，产品稳定性有限制。同时产品的生产成本费用也是一大问题。

我相信，非晶态合金在未来还会有更好的发展，以其优异的性能必能在应用市场取得优势，然而研究者们也要切实解决好成本问题是其能真正走到我们生活方方面面的前提。

参考资料：

1、何圣静编.《非晶态材料及其应用》.机械工业出版社,2005年

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