非晶态合金(Amorphous_Alloys)汇总.

液态金属不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速 度RC。从理论上讲，只要冷速足够大(大于RC)，所有 金属都可获得非晶态。但目前能获得的最大冷速为 106℃/秒，因此临界冷速小于106℃/秒的纯金属尚无 法制得非晶态。熔体
非晶CCT 曲线
在大于临界冷速冷却
时原子扩散能力显著
下降，最后被冻结成
非晶态的固体。固化
温度Tg称玻璃化温度.
Pd-Cu-Ni-P非晶合金的DSC热谱图
玻璃化温度 Tg

体积、热焓、熵在Tg处连续， 但斜率发生变化； 比热和热膨胀系数在Tg处不 连续。


Tg与冷
速有关, 冷速越 快，Tg 越高。

பைடு நூலகம்
非晶态形成条件: 冷却速度：利用金属和合金非晶态形成的TTT曲线或 CCT曲线可估算或确定 RC：RC =(Tm-Tn)/tn（Tm为熔 点，Tn 、 tn分别为C曲线鼻尖所对应的温度和时间）
普通(a)和块状非晶(b,c)的TTT曲线
各非晶合金的冷速与Tg的关系

典型块状非晶合金： Zr65Al7.5Cu17.5Ni10 Zr47Ti8Cu7.5Ni10Be27.5 Pd40Ni10Cu30P20
大块非晶合金系
合金系
Mg-Ln-M(Ln—镧系,M—Cu,Ni,Zn) Ln-Al-TM(TM—ⅥⅧ过渡族金属) Ln-Ga-TM Zr-Al-TM Zr-Ti-Al-TM Ti-Zr-TM Zr-Ti-TM-Be Zr-(Nb,Pd)-Al-TM Pd-Cu-Ni-P Pd-Ni-Fe-P Pd-Cu-B-Si Ti-Ni-Cu-Sn Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge) Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si) Co-(Al,Ga)-(P,B,Si) Fe-(Zr,Hf,Nb)-(B) Co-Fe-(Zr,Hf,Nb)-B Ni-(Zr,Hf,Nb)-(Cr,Mo)-B Fe-Co-Ln-B Fe-(Nb,Cr,Mo)-(P,C,B) Ni-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)
非晶态合金
(Amorphous Alloys)
一、晶态与非晶态

晶体是指原子呈长程有序排列的固体。非晶态是指原 子呈长程无序排列的状态。具有非晶态结构的合金称 为非晶态合金(或称金属玻璃)。

通常认为，传统的金属材料都是以晶态形式出现的。
因此，近些年来非晶态
合金的出现引起人们的
极大兴趣，成为金属材

差的绝对值；纵坐标
为A、B原子因极化作
用而引起的效应。

1、气态急冷法： 气态急冷法一般称为气相沉积法 (PVD和CVD)，PVD主要包括溅 射法和蒸发法，这两种方法都在 真空中进行。

溅射法是通过在电场中加速的粒
子轰击用母材制成的靶（阴极)，
使被激发的物质脱离母材而沉积
在用液氮冷却的基板表面上而形
Metallic Glass Powder
料的一个新领域。
SiO2的结构
非晶体
晶体
晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱

1934年德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。
1950年，布伦纳用电沉积法制备出了Ni－P非晶态合金。 1960年，DUWEZ等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃
并开始进行研究。

化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大(10%~
20%), 越容易形成非晶态。因而过度族金属或贵金属 与类金属 (B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属、后 过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶.
Al-Y-M合金 非晶形成的成 分范围
Al-Y相图

熔点和玻璃化温度之差T ： T =Tm-Tg ，T越小， 形成非晶倾向越大。 因而，成分位于共晶 点附近的合金易于形 成非晶. *说明：右图中横坐标 为A、B两组元电负性
水
制作宽度在10mm以下的薄带。
非晶态合金生产线示意图
非晶合金 丝材内圆水纺制备过程
卷带机 测量系统 浇注机
Microstructure of as spun ribbons 48Ni(Cu)-36,5Zr(Ti)10Si-5Al

3、非晶态合金块材制备方法
大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成 能力。Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律：
法和双辊法。单辊法是将试块放入石英坩埚中，在
氩气保护下用高频感应加热使其熔化，再用气压将
熔融金属从管底部的扁平口喷出，落在高速旋转的
铜辊轮上，经过急冷立即形成很薄的非晶带。
单辊旋辊急冷法
非晶态合金
非晶合金带材
铁基
铁镍基

离心法和单辊法由于单面接触冷 却，尺寸精度和表面光洁度不理 想，但产品宽度可达10mm以上， 长度可达100m以上；双辊法尺寸 精度好，但调节比较困难，只能

⑴合金系由三个以上组元组成；
⑵主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差； ⑶各组元间有大的负混合热； 为了控制冷却过程中的非均匀
形核：一要提高合金的纯度，
减少杂质；二要采用高纯惰性
气体保护，尽量减少含氧量。

可从图中对比结晶和非晶的形成过程。晶体的生长过 程一般是A→B→E，非晶形成过程是A→B→C。图中 D 表示非晶的晶化。为了制备非晶合金，必须抑制过 程E、D 的发生。

1969年，美国人庞德和马丁研究了生产非晶态合金带材 的技术，为规模生产奠定了技术基础。 1976年，美国联信公司生产出10mm宽的非晶态合金带 材，到1994年已经达到年产4万吨的能力。目前美国能生

产出最大宽度达217mm的非晶带材。

2000年9月20日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线上成 功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它标
志着我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。
二、非晶态合金的制备

目前可以通过熔体急冷而制成的非晶态合金已有很 多种，典型的有Fe40Ni40B20、Fe77Si13B10、 CoxZr1-x、Zr47Ti8Cu7.5Ni10Be27.5 (块状合金)、
Fe80B20等。
非晶合金带
Fe80B20结构
磁控溅射非晶合金薄膜
成非晶态薄膜。

发蒸法是将合金母材加热汽化，所产生的蒸汽沉积 在冷却的基板上而形成非晶薄膜。这两种方法制得 的非晶材料只能是小片的薄膜，不能进行工业生产, 但由于其可制成非晶范围较宽，因而可用于研究。
物 理 气 相 沉 积 设 备

2、熔体态急冷法：

目前最常用的液态急冷法是旋辊急冷法，分为单辊