非晶合金的发展及应用
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2010-6-7 Hongkang Yao TYUST
先进制导技术
非晶合金的发展概况
二,非晶合金发展历史
非晶的历史当以1960年美国Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态 合金为始.其间,非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段: 第一个阶段从1967年开始,直到1988年.1984年美国四个变压器 厂家在IEEE会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高 潮,到1989年,美国Allied Signal公司(现被Honeywell公司兼并) 已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配 电变压器投入运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司. 这个阶段以美国为主,除美国之外,日本和德国在非晶合金应用 开发方面也拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级 音响磁头,高频电源(含开关电源)用变压器,扼流圈,磁放大器等.
2010-6-7
R c 102~103K.s-1 T 10mm Zr-Al-Ni-Cu R c 102~103K.s-1 D 16mm&30mm Zr55Al10Ni5Cu30 P 50~200MPa D 15mm Ln- &10mm MgL 300mm W 12mm H 10mm Zr-Al-Ni-Cu-Pd
六,块体纳米材料的制备
目前制备块体纳米材料常用的方法是通过大塑性变形使经理尺寸 细化至纳米级,由于这种方法的结果是晶界处残留了很大的内应力, 因此在改善材料某些性能的同时牺牲了别的一些性能.通过合理的退 火工艺,大块非晶合金的基体上能够析出均匀分布的一定大小的纳米 晶粒,这种纳米结构材料也称之为非晶基复合材料,它们可以达到此 非晶合金更为优良的综合性能. 2010-6-7 Hongkang Yao TYUST 先进制导技术
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大块非晶合金
二,合金玻璃形成能力的表征
合金熔体在冷却凝固过程中抵抗结晶的能力就是该合 金的玻璃形成能力(GFA),抗结晶能力越强,玻璃形成 能力越好,就越容易形成非晶体.实际上,合金的玻璃形 成能力是由它的成分来决定的,但内在的本质必然通过一 些表面现象表现出来.
The end,thank you!
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HongkБайду номын сангаасng Yao
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大块非晶合金的性能
二,大块非晶合金的抗腐蚀性能
Inoue等人对快淬Zr-TM-Al-Ni-Cu(TM=Ti,Cr,Nb,Ta)非晶合 金在HCl和NaCl溶液中的抗腐蚀性能进行了研究,发现在室温含有Nb 和Ta的非晶合金表现为更好的抗腐蚀性.
2010-6-7 Hongkang Yao TYUST
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大块非晶合金
一,大块非晶合金的制备
大块非晶合金在热力学上具有较大的玻璃形成能力,这 使得利用缓冷凝固技术制备非晶合金成为可能.所谓缓冷 凝固是指熔体在不大于103K.s-1的冷却速度凝固. 几种制备方法: 几种制备方法:
1.水淬法 水淬法 2.电弧熔化法 电弧熔化法 3.铜模铸造法 铜模铸造法 4.吸入铸造法 吸入铸造法 5.高压铸造法 高压铸造法 6.单向熔化法 单向熔化法
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非晶合金的发展概况
非晶带材 非晶电子器件
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非晶合金的发展概况
非晶合金变压器 从1988年开始,非晶态材料发展进入第二阶段.这个 阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明.1988年 日本日立金属公司的Yashizawa等人在非晶合金基础上通 过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(Finemet). 我国非晶材料研究从1976年开始,国家科委从"六五" 开始连续5个五年计划均将非晶,纳米晶合金研究开发和 产业化列入重大科技攻关项目.通过这4个五年科技攻关 计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化. 在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列入 国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动纳米晶 材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新 技术领域日益增长的迫切需求.
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非晶合金的应用
五,微加工领域
利用大块非晶合金本身的优良力学性能和其过冷液相区的超塑性, 可以加工成各种形状复杂的微型构建,因此在微加工领域内极具应用 潜力.比如微型发动机中各种形状复杂且性能要求苛刻的构件都可以 通过大块非晶合金来实现.
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非晶合金的应用
三,铁磁性材料
用具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的非晶合金作为配电变压器 的铁芯材料时,铁芯的空载损耗要比硅钢片铁芯低60%～80%,铁损明 显降低.
四,燃料电池
燃料电池被誉为是继火电,水电,核电,之后的第四种电力能源, 它是一种利用水的电解逆反应产生电能的"发电机",是一种很有发 展潜力的绿色能源.发展燃料电池的关键是储氢介质,而大块非晶合 金具有高的储氢能量和其他的奇异性能,因此在燃料电池中将会大有 作为.
三,大块非晶合金的磁性能
1.软磁性能
Fe-基和Co-基大块非晶合金表现为优良的软磁性能.迄今为止, 人们开发的大块非晶合金系有Fe-(Co,Ga)-(P,C,B,Si),CoCr-(Al,Ga)-(P,B,C),Fe-(Co,Ni)-(Zr,Nb,Ta)-B, Co-Fe-(Zr,Nb)-B等.
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大块非晶合金的性能
2.硬磁性能
在20世纪70和80年代,人们发现用溅射法制备的Ga-(Fe,Co) 和Tb-(Fe,Co)非晶薄膜在补偿温度附近表现为很高的内禀矫顽 力 i Hc ,利用 i H c 这种特殊的行为,这些非晶薄膜可以用作磁光记录材 料. 非晶合金的硬磁性能仅仅局限于块体材料,而非晶薄带则表现为 软磁性能,并且非晶合金晶化后,其磁性能消失.
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非晶合金的应用
一,结构材料
大块非晶合金具有优良的力学性能,抗腐蚀性能及耐磨性能,因 此是一种比较理想的结构工程材料.但是大块非晶合金的制备生产成 本较高,如何开发生产低成本的大块非晶合金是工程应用领域需要解 决的问题.
二,特殊体育器材
大块非晶合金具有很高的弯曲强度,硬度,断裂韧性和冲击断裂 能量,在那些对材料有特殊要求的体育器材上有广泛的应用前景.比 较典型的一个例子就是Zr-Al-Ni-Cu大块非晶合金被用作高尔夫球棒 表面材料,可以大大提高球棒的寿命和弹性.
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非晶合金的发展及应用
姓名: 姓名:姚宏康 班级: 班级:研0903班 班 学号: 学号:S20090258
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目录
非晶合金的发展概况
大块非晶合金
大块非晶合金的性能
非晶合金的应用
2010-6-7
Hongkang Yao
TYUST
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非晶合金的发展概况
一,非晶合金简介
在以往数千年中,人类所使用的金属或合金都是晶态结 构的材料,其原子在三维空间内作有序排列,形成周期性的 点阵结构. 而非晶态金属或合金是指物质从液态(或气态)急速冷 却时,因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列 的凝聚状态,其原子不再呈长程有序,周期性和规则排列, 而是处一种长程无序排列状态.具有铁磁性的非晶态金合金 又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃,为了叙述方便,以下均称 为非晶态合金.
1.临界冷却速度 Rc 临界冷却速度 2.过冷液相区 △Tg 过冷液相区 3.约化玻璃转变温度 Trg 约化玻璃转变温度
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大块非晶合金的性能
一,力学性能
1.一般性能特征 一般性能特征
与一般的晶体合金相比,大块非晶合金在室温和高温的力学性能 具有以下几个特征: ①较高的抗拉强度和较低的杨氏模量; ②约2%的弹性应变极限,大大超过晶体的0.2%左右; ③产生屈服之前具有很大的弹性能量; ④在室温下没有明显的塑性变形; ⑤具有超过120 ~ 135kJ m 2 的夏比冲击断裂能量.
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大块非晶合金的性能
2.室温硬度与断裂强度 室温硬度与断裂强度
不同冷却速度将会获得不同微观结构的非晶合金,由此可知,对晶体 组织变化反应比较灵敏的硬度并不能反应非晶合金微观结构的变化.
3.高温力学性能 高温力学性能
①应力-应变曲线 我们知道,如果温度超过玻璃化转变温度 T g ,非晶合金就进入过冷液 相区,该区域表现为近理想的超塑性,因此研究非晶合金的高温力学性能一 般都在 T g 温度以下. ②断裂延伸率 在某一温度,延伸率随着应变速率的增大出现一个峰值,随后减小.在 较低应变速率和较高温度都将导致脆变.脆变可能是在拉伸试验过程中非晶 合金发生晶化所导致的.
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非晶合金的发展概况
二,非晶合金发展历史
非晶的历史当以1960年美国Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态 合金为始.其间,非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段: 第一个阶段从1967年开始,直到1988年.1984年美国四个变压器 厂家在IEEE会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高 潮,到1989年,美国Allied Signal公司(现被Honeywell公司兼并) 已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配 电变压器投入运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司. 这个阶段以美国为主,除美国之外,日本和德国在非晶合金应用 开发方面也拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级 音响磁头,高频电源(含开关电源)用变压器,扼流圈,磁放大器等.
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R c 102~103K.s-1 T 10mm Zr-Al-Ni-Cu R c 102~103K.s-1 D 16mm&30mm Zr55Al10Ni5Cu30 P 50~200MPa D 15mm Ln- &10mm MgL 300mm W 12mm H 10mm Zr-Al-Ni-Cu-Pd
六,块体纳米材料的制备
目前制备块体纳米材料常用的方法是通过大塑性变形使经理尺寸 细化至纳米级,由于这种方法的结果是晶界处残留了很大的内应力, 因此在改善材料某些性能的同时牺牲了别的一些性能.通过合理的退 火工艺,大块非晶合金的基体上能够析出均匀分布的一定大小的纳米 晶粒,这种纳米结构材料也称之为非晶基复合材料,它们可以达到此 非晶合金更为优良的综合性能. 2010-6-7 Hongkang Yao TYUST 先进制导技术
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大块非晶合金
二,合金玻璃形成能力的表征
合金熔体在冷却凝固过程中抵抗结晶的能力就是该合 金的玻璃形成能力(GFA),抗结晶能力越强,玻璃形成 能力越好,就越容易形成非晶体.实际上,合金的玻璃形 成能力是由它的成分来决定的,但内在的本质必然通过一 些表面现象表现出来.
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二,大块非晶合金的抗腐蚀性能
Inoue等人对快淬Zr-TM-Al-Ni-Cu(TM=Ti,Cr,Nb,Ta)非晶合 金在HCl和NaCl溶液中的抗腐蚀性能进行了研究,发现在室温含有Nb 和Ta的非晶合金表现为更好的抗腐蚀性.
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大块非晶合金
一,大块非晶合金的制备
大块非晶合金在热力学上具有较大的玻璃形成能力,这 使得利用缓冷凝固技术制备非晶合金成为可能.所谓缓冷 凝固是指熔体在不大于103K.s-1的冷却速度凝固. 几种制备方法: 几种制备方法:
1.水淬法 水淬法 2.电弧熔化法 电弧熔化法 3.铜模铸造法 铜模铸造法 4.吸入铸造法 吸入铸造法 5.高压铸造法 高压铸造法 6.单向熔化法 单向熔化法
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非晶合金变压器 从1988年开始,非晶态材料发展进入第二阶段.这个 阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明.1988年 日本日立金属公司的Yashizawa等人在非晶合金基础上通 过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(Finemet). 我国非晶材料研究从1976年开始,国家科委从"六五" 开始连续5个五年计划均将非晶,纳米晶合金研究开发和 产业化列入重大科技攻关项目.通过这4个五年科技攻关 计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化. 在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列入 国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动纳米晶 材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新 技术领域日益增长的迫切需求.
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五,微加工领域
利用大块非晶合金本身的优良力学性能和其过冷液相区的超塑性, 可以加工成各种形状复杂的微型构建,因此在微加工领域内极具应用 潜力.比如微型发动机中各种形状复杂且性能要求苛刻的构件都可以 通过大块非晶合金来实现.
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三,铁磁性材料
用具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的非晶合金作为配电变压器 的铁芯材料时,铁芯的空载损耗要比硅钢片铁芯低60%～80%,铁损明 显降低.
四,燃料电池
燃料电池被誉为是继火电,水电,核电,之后的第四种电力能源, 它是一种利用水的电解逆反应产生电能的"发电机",是一种很有发 展潜力的绿色能源.发展燃料电池的关键是储氢介质,而大块非晶合 金具有高的储氢能量和其他的奇异性能,因此在燃料电池中将会大有 作为.
三,大块非晶合金的磁性能
1.软磁性能
Fe-基和Co-基大块非晶合金表现为优良的软磁性能.迄今为止, 人们开发的大块非晶合金系有Fe-(Co,Ga)-(P,C,B,Si),CoCr-(Al,Ga)-(P,B,C),Fe-(Co,Ni)-(Zr,Nb,Ta)-B, Co-Fe-(Zr,Nb)-B等.
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2.硬磁性能
在20世纪70和80年代,人们发现用溅射法制备的Ga-(Fe,Co) 和Tb-(Fe,Co)非晶薄膜在补偿温度附近表现为很高的内禀矫顽 力 i Hc ,利用 i H c 这种特殊的行为,这些非晶薄膜可以用作磁光记录材 料. 非晶合金的硬磁性能仅仅局限于块体材料,而非晶薄带则表现为 软磁性能,并且非晶合金晶化后,其磁性能消失.
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非晶合金的应用
一,结构材料
大块非晶合金具有优良的力学性能,抗腐蚀性能及耐磨性能,因 此是一种比较理想的结构工程材料.但是大块非晶合金的制备生产成 本较高,如何开发生产低成本的大块非晶合金是工程应用领域需要解 决的问题.
二,特殊体育器材
大块非晶合金具有很高的弯曲强度,硬度,断裂韧性和冲击断裂 能量,在那些对材料有特殊要求的体育器材上有广泛的应用前景.比 较典型的一个例子就是Zr-Al-Ni-Cu大块非晶合金被用作高尔夫球棒 表面材料,可以大大提高球棒的寿命和弹性.
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非晶合金的发展及应用
姓名: 姓名:姚宏康 班级: 班级:研0903班 班 学号: 学号:S20090258
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大块非晶合金
大块非晶合金的性能
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非晶合金的发展概况
一,非晶合金简介
在以往数千年中,人类所使用的金属或合金都是晶态结 构的材料,其原子在三维空间内作有序排列,形成周期性的 点阵结构. 而非晶态金属或合金是指物质从液态(或气态)急速冷 却时,因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列 的凝聚状态,其原子不再呈长程有序,周期性和规则排列, 而是处一种长程无序排列状态.具有铁磁性的非晶态金合金 又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃,为了叙述方便,以下均称 为非晶态合金.
1.临界冷却速度 Rc 临界冷却速度 2.过冷液相区 △Tg 过冷液相区 3.约化玻璃转变温度 Trg 约化玻璃转变温度
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大块非晶合金的性能
一,力学性能
1.一般性能特征 一般性能特征
与一般的晶体合金相比,大块非晶合金在室温和高温的力学性能 具有以下几个特征: ①较高的抗拉强度和较低的杨氏模量; ②约2%的弹性应变极限,大大超过晶体的0.2%左右; ③产生屈服之前具有很大的弹性能量; ④在室温下没有明显的塑性变形; ⑤具有超过120 ~ 135kJ m 2 的夏比冲击断裂能量.
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大块非晶合金的性能
2.室温硬度与断裂强度 室温硬度与断裂强度
不同冷却速度将会获得不同微观结构的非晶合金,由此可知,对晶体 组织变化反应比较灵敏的硬度并不能反应非晶合金微观结构的变化.
3.高温力学性能 高温力学性能
①应力-应变曲线 我们知道,如果温度超过玻璃化转变温度 T g ,非晶合金就进入过冷液 相区,该区域表现为近理想的超塑性,因此研究非晶合金的高温力学性能一 般都在 T g 温度以下. ②断裂延伸率 在某一温度,延伸率随着应变速率的增大出现一个峰值,随后减小.在 较低应变速率和较高温度都将导致脆变.脆变可能是在拉伸试验过程中非晶 合金发生晶化所导致的.