非晶态合金整理

非晶态合金整理

非晶态是物质的一种结构状态, 它是相对于晶态而言的。晶态是原子的有

序排列, 而非晶态是一种长程无序、短程有序的结构。由于超急冷凝固，合金

凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态

合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶态合金，也称为金属玻璃，外观与金属晶

体没有区别，密度仅略低于相同成分的金属晶体，表明二者的原子间距离相似。

非晶态合金原子排列既不具备晶态物质那种长程有序性，又不像气体中的

原子那样混乱无序，而是在每个原子周围零点几纳米内，最近邻原子数及化学

键的键长、键角与晶态固体相似。

非晶态合金原子在三维空间呈现拓扑无序排列, 它具有以下2个特点。

(1) 在非晶态合金中, 金属的原子排列是无序的, 不存在结晶金属所具有

的晶界、缺陷、偏析和析出物等, 与晶体不同, 它具有各向同性的特点。

(2) 非晶态合金不受化合价的限制, 在一定范围内可以自由调节其组成。

因此, 它具有许多晶体所不具有的优异特性, 如高透磁率和超导性、耐放射线

特性、催化特性、高耐蚀性、高强度和高耐磨性等。

早在1911 年, G. T. Beilby 等人从理论上预测: 由熔体急冷方法可以制

成非晶态合金。1930 年, 人们用电化学的方法制备出了N-i S 非晶态合金。1957 年,A. Brenner 又用电镀法制成了非晶态N-i P 及Co-P 合金。1958

年,Arderson 发表了开创性的论文, 首先提出了“扩散在一定的无规点阵中消失”的观点。同年, 有关非晶态固体的第一次国际会议召开。随后, 1959 年

就开始有了关于化学镀N-i Co-P 非晶态合金的报道。1960年，P.Duwez将熔融

的Au-Si合金喷射到冷的铜板上，以大约每秒一百万度以上的降温速度快速冷却，使液态合金来不及结晶就凝固，首次获得非晶态合金。从此, 非晶态物理与材

料的研究发展作为材料科学的一个重要分支成为了一门新兴的科学。随着对非

晶态合金认识的不断提高及其应用的发展, 人们对非晶态合金的性能提出了更

高的要求, 促使人们从各个方面对非晶态合金进行大量的更为细致地研究, 进

而推动了非晶态合金的发展。七、八十年代，人们对非晶合金进行了大量的研究，在很多的金属合金中发现了非晶；但对非晶形成的冷却速度要求过大，只

能生产带、丝、薄膜等形状。由于形状的影响，使得非晶合金的应用范围受到

限制。在进入九十年代至今的十几年中，人们发现了具有很强的非晶形成能力

的合金体系，使研制的非晶合金尺寸有了突破性的进展。到目前为止，人们已

经制备出了大量的二元、三元及多元大块非晶态合金材料，陆续开发出L n 基、Z r 基、F e 基、P t基、T i 基、N i 基、C u 基等多种大块非晶态合金体系。目前，非晶形成能力最好的是Zr-Ti-Ni-Cu-Be合金体系，冷却速率在1K/s左右。

非晶合金制作铁芯而成的变压器，它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时，在初级测得的功率损耗)下降80%左右，空载电流(变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流)下降约85%，是目

前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率

较低的地方。

晶态金属一般由微米量级的小晶粒组成，晶粒间存在晶界。而非晶态合金

在微米量级水平上则是均匀固体，无晶粒和晶界。因此，非晶态合金的力学性

能优越，强韧兼备，抗拉强度、硬度、断裂强度和弹性模量等都比晶态合金强

得多，例如，非晶态Fe80B20的断裂强度为一般结构钢的七倍多。所以，非晶态合金可作刀具、弹簧和复合材料等。

显微组织均匀，不含晶界、位错等缺陷，使非晶态合金的抗腐蚀性大大提高，具有耐强酸、强碱腐蚀的化学特性。例如，非晶态N-i P 合金在含CO2,

H2S 气氛中、95-180℃的油性环境中有优良的耐蚀性, N-i P 非晶态合金还能

有效地防止不锈钢应力腐蚀破裂。

非晶态合金具有高导磁率、高磁致伸缩、高磁积能, 低居里温度、低铁损、低矫顽力的特性，使它在磁传感器、高性能长寿命记录磁头、磁屏蔽材料等方

面的应用成为重要研究课题。

以Fe、Co、Ni为基质的非晶态合金有优越的软磁特性，用于制造变压器远

优于硅钢片，总能量损耗可减少40-60%。

因此，非晶态合金又被誉为绿色环保材料。

1.1机械性能

非晶态合金具有很高的抗拉强度和硬度。非晶态合金的抗拉强度高于一般

实用金属, 接近于金属胡须。非晶态合金的硬度与添加元素的种类、数量有很

大关系, 其硬度可达1 400HV。此外, 对电沉积的非晶态合金进行激光处理、熔化处理或进行复合镀( 镀ZrO2,TiO2) 之后, 可更为有效地提高非晶态合金的耐磨性。非晶态合金具有较大的滞弹性。非晶态合金不是完全弹性材料, 其应变

和时间有关。它的弹性比一般金属好, 弯曲形变可达50% 以上, 热膨胀系数可

以接近于零。非晶态合金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。此外, 非晶态合金的断裂韧性较高, 其疲劳应力也非常高。

1.2耐腐蚀性

非晶态合金不存在晶间腐蚀, 且易在表面形成高度均匀的钝化膜, 因而具

有高耐腐蚀性, 比不锈钢强几倍甚至上千倍。例如, 铁基非晶态合金

Fe72Cr8P13C7在1N 的HCl 中浸渍168h( 30℃ ) , 几乎没有重量上的变化,而在同样条件下, 18 Cr-8Ni 的不锈钢却以10mm/ 年的速率被盐酸腐蚀掉。目前,

要求合金有优良的耐蚀性且废水容易处理、公害少等呼声日高, 因此, 非晶态

N-i P 合金的应用越来越广泛, 就它的实用性而言, 已有大量报道。非晶态N-i P 合金在含CO2, H2S 气氛中、95-180℃的油性环境中有优良的耐蚀性, N-i P 非晶态合金还能有效地防止不锈钢应力腐蚀破裂。

1.3电学性能

许多合金都可用于制备薄膜电阻, 尤其是N-iCr-P, N-i Mo-P 合金, 其薄