块体金属玻璃制备技术的研究进展_许宏伟

块体金属玻璃制备技术的研究进展＊

许宏伟,杜宇雷,成家林,陈　光

(南京理工大学材料科学与工程系,南京210094)

摘要 主要介绍了块体金属玻璃的连接技术、放电等离子烧结法和电磁振动法等制备块体金属玻璃的新技术手段。块体金属玻璃的连接技术包括激光焊、爆炸焊、电子束焊、熔融液相连接法和摩擦焊等。采用焊接的方法可将块体金属玻璃连接在一起,以形成大尺寸甚至超大尺寸的块体金属玻璃;放电等离子烧结可在很短时间内制备多孔、

大尺寸和具有一定塑性的块体金属玻璃,在制备具有优异软磁性能的块体金属玻璃上也具有显著优势;电磁振动法可以有效抑制晶体形核,显著提高块体金属玻璃体系的玻璃形成能力,从而制备更大尺寸的块体金属玻璃。

关键词 块体金属玻璃　块体金属玻璃的连接　放电等离子烧结　电磁振动中图分类号:TG 139 文献标识码:A

Research Progress on the Preparation Technologies for Bulk Metallic Glasses

X U Hong wei ,DU Yulei ,CH ENG Jialin ,CHEN Guang

(Depa rtment of M aterials Science and Enginee ring ,N anjing U niv ersity of Science and T echnolog y ,N anjing 210094)Abstract Some new ly develo ped prepar ation technologies fo r bulk me ta llic g lasses (BM G s ),such as joining technolog ies for BM Gs ,spark plasma sintering process and electr omag netic vibratio n pro cess a re reviewd .T he joining technolog ies for BM G s ,including laser beam w elding ,ex plo sion w elding ,electro n beam welding ,melting liquid join -ing method and friction welding ,are pro mising to pr epar e larg e size BM G s for engineering applicatio ns .Spark plasma sintering process is po tential to prepare por ous ,la rge size BM G s and BM G s with enhanced ductility and excellent so ft magnetic pro per ties .T he g lass forma tion ability o f BM G s ca n be enhanced by electromag ne tic vibra tion ,w hich is promising to pr epar e BM G s w ith larg er size .

Key words bulk metallic g lass ,jo ining of bulk me tallic g la ss ,spark plasma sintering process ,e lectro magnetic vibr atio n pro cess

　＊江苏省自然科学基金(BK 2007213);“青蓝工程”资助

　许宏伟:男,1987年生,硕士生,研究方向为块体金属玻璃　杜宇雷:通讯作者,男,1975年生,博士,副教授,主要从事金属玻璃、金属间化合物等新金属材料的研究　E -mail :y ldu njust @mail .njust .edu .cn

0　引言

与传统的晶态合金相比,块体金属玻璃具有许多优异的性能,如高强度、高硬度、大弹性应变极限、高耐腐蚀性以及优良的磁性等[1-6]。制备块体金属玻璃的传统方法主要有:(1)水淬法[7,8],设备简单,工艺容易控制,冷却速率快;(2)电

弧熔炼铜模吸铸法[9]

,电弧熔炼合金无污染、均匀性好,铜模冷却速率较快,制备效率高,但制备的样品尺寸比较小;(3)感应加热铜模浇注法[10]

,在制备合金的过程中采用密封的石英管系统,冷却速率较快,但易于形成气孔,且样品的尺寸有限;(4)射流成型法[11],适合制备小尺寸的金属玻璃样品,采用水冷铜模冷却,样品无明显气孔;(5)压力模型铸造法[12]

,在提高铸件质量等方面极具潜力,在制备金属玻璃的过程中冷却速率快,能有效避免气孔和收缩等缺陷;(6)定向凝固法[12],制备的合金需要有较强的玻璃形成能力,可以获得尺寸较大而连续的块体金属玻璃样品。

从工程化应用的角度来看,现有技术制备的块体金属玻璃的几何尺寸仍然难以满足使用要求;同时,块体金属玻璃

的性能也需要进一步优化。近年来,国际上出现了一些制备块体金属玻璃的新技术,如块体金属玻璃的连接技术[13]、放电等离子烧结法[14,15]以及电磁振动法[16]等,为制备大尺寸的块体金属玻璃及对其性能进行进一步优化提供了新的手段。本文将对上述块体金属玻璃制备技术的原理、工艺过程及所制备材料的性能进行简要综述。

1　块体金属玻璃的连接

在块体金属玻璃体系出现之前,所研究的金属玻璃的非晶形成能力较低,在极高的临界冷却速率下才能得到微米级的带状材料和尺寸很小的棒材,无法满足在工程结构件上的应用需求。虽然块体金属玻璃体系的非晶形成能力相对较高,但所制备样品的尺寸也只限于厘米级别,与工程应用的要求尚有较大差距。

为了促进块体金属玻璃在工程领域中的应用,近年来,人们提出了采用类似传统焊接的方法将块体金属玻璃连接