非晶态合金的性能与应用优秀课件
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• 含Cr的铁基、Co基和镍基金属玻璃，特别是其中含 有P等类金属元素的非晶合金，具有十分突出的抗腐 蚀能力。P的作用是促进防腐蚀薄膜形成；Cr作用 是形成防腐蚀保护膜。
非晶态合金和晶态不锈钢 在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蚀速率
催化性能
非晶态金属表面能高，可以连续改变成分，具有明 显的催化性能。作为催化剂被应用始于20世纪80年代。 非晶态金属催化剂主要应用于催化剂加氢、催化脱氢、 催化氧化及电催化反应等。触媒剂在化学工业中具有 相当重要的地位，高效率的触媒剂对化学工业生产效 率的提高、能源的节约以及新化工产品的产生起着重 要的作用。不同的化学反应要求特定的触媒剂，非晶 态合金具有传统材料无法比拟的优异触媒性能。
• 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性， 在弯曲、压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、 疲劳强度很低，所以一般不能单独用作结构材料。 许多成分的金属玻璃经适当晶化处理后，综合力学 性能会有很大提高。
热学性能
• 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。 • 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定
金属玻璃的强度、硬度和弹性模量
• 一些非晶合金的强度甚至超过了高强度马氏体时 效钢(σs约2GPa)，强度最高的Fe80B20的屈服强度 与经过冷拉的钢丝差不多。
•Leabharlann Baidu金属玻璃具有很好的室温强度和硬度的同时，也 具有很好的耐磨性能，在相同的试验条件下磨损 速度与WCrCo耐磨合金差不多。
韧性和延性
• 非晶合金不仅具有很高的强 度和硬度，与脆性的无机玻 璃截然不同，还具有很好的 韧性，并且在一定的受力条 件下还具有较好的延性。
• Fe80B20非 晶 合 金 的 断 裂 韧 性 可 达 12MPa.m-1/2 ， 这 比 强 度 相近的其它材料的韧性高得 多，比石英玻璃的断裂韧性 约高二个数量级。
柔韧的非晶
艾林瓦(Elinvar)特性
材料在一定温度范围内，弹性模量随温度的变化 极小。许多非晶态铁基合金由于大的自发体积磁致 伸缩导致其弹性模量的变化，形成△E效应，即艾 林瓦特性。使其在室温附近，弹性模量和剪切弹性 模量不随温度而变化。
右图是弹性模量和温度的关系 图，可以看出，Fe79B21、 Fe80B20、Fe82B18、 Fe83B17、Fe85B15、 Fe86B14合金在Tc温度下，E 几乎不随温度变化，硼摩尔分 数为15％~18％的合金，E的 温度系数几乎为零。
碍对磁畴壁的钉扎，所以非晶合金很容易磁化，矫 顽力极低。
• 金属玻璃经部分晶化后产生的极细晶粒可作为磁畴 壁非均匀形核媒质，细化磁畴，获得比晶态软磁合 分更好的高频(＜100kHz)软磁性能。
• 某些铁基非晶合金(例如Co-Fe-B-Si)在很大频率范围 内都具有很高的磁导率。
某些非晶态合金的软磁特性
• 非晶合金一般具有较高的电阻率，是相同成分晶态 合金电阻率的2-3倍，电阻温度系数比晶态合金小。
某些晶态及非晶态合金的电阻率和电阻温度系数
• 许多非晶(如Nb-Si，Mo-Si-B、Ti-Nb-Si、W-Si-B 等)在低于临界转变温度时还具有超导性能。
• 在非晶中形成弥散的第二相也可使临界温度、电 流密度等超导性能得到提高。
非晶态合金的性能与应用优秀 课件
非晶态合金的性能
强度、硬度和刚度
• 非晶中原子有较强的键合，特别是金属-类金属非晶 中原子键合比一般晶态合金强得多；
• 非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，合金 受力时不会产生滑移。
• 非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是 强度最高的实用材料之一。
高强度非晶材料
• 一些非晶永磁合金在经部分晶化处理后永磁性能 会产生很大提高。
• 许多铁基稀土非晶合金晶化后，矫顽力可增加2-3 个数量级以上，具有很好的永磁性能。
• NdFeB非晶合金经过晶化热处理并控制形变织构 方向后，最大磁能积达到55MGOe，是目前永磁 合金磁能积能达到的最高水平之一。
化学性能
• 非晶中没有晶界、沉淀相相界、位错等容易引起局 部腐蚀的部位，也不存在晶态合金容易出现的成分 偏析，所以非晶合金在结构和成分上都比晶态合金 更均匀，具有更高的抗腐蚀性能。
贮氢性能
• 非晶态金属还具有优良的贮氢性能。某些非晶态金 属通过化学反应可以吸收和释放出氢，可以用作贮氢 材料。一些非晶态合金具有优良的贮氢性能，贮氢后 非晶态的结构也相当稳定，但原子间距膨胀。有些非 晶态金属由于吸氢后转变成为晶态，这是由于氢化物 形成是放热反应，非晶合金吸氢时，由于发热而升温 产生晶化。非晶态金属的吸氢量是随氢原子能占据的 场所的数目以及易产生氢化物的元素含量的增加而增 加。根据这个道理，若在氢原子能占据的场所填入了 类金属元素的原子，那么将不能贮氢。如在TiNi合金 中添加硼、硅时，吸氢量减少。
，有些甚至在室温时就会发生转变。
非晶的热处理
• （因瓦(Invar)效应）金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出 很低的热膨胀系数，并且经过适当的热处理，还可进一步降 低非晶合金在室温下的热膨胀系数。
几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/℃)
电学性能
• 非晶具有长程无序结构，在金属-类金属非晶合金中 含有较多的类金属元素，对电子有较强的散射。
• 金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，一般 只有约0.1%。
• 非晶合金的弹性模量比晶态合金略低。
• 非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力 作用时疲劳裂纹容易形核，疲劳寿命较低。
密度
• 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态 密排结构相比，非晶合金的密度一般比成分相近的 晶 态 合 金 低 1-2 ％ 。 Fe88B12 合 金 在 晶 态 时 密 度 为 7.52g/cm3，在非晶态时密度为7.45g/cm3。
• Zr65Nb15B20非晶合金经适当退火产生部分晶化， 在基体上形成许多微小晶粒，合金超导临界温度 提高2倍。
• 具有超导性能的非晶合金可制成具有良好力学性 能的薄带，为开展超导研究和应用研究提供有利 条件。
磁学性能
• 部分非晶合金具有良好的铁磁性能。 • 非晶合金中没有晶界，一般也没有沉淀相粒子等障
弹性模量和温度的关系
由于非晶合金的亚稳性质， 其弹性模量△E＝E0-ET随时 间不断下降，相当长时间后达 到稳定(未老化)。
• 金属玻璃的塑性与外力方向有关，处于压缩、剪 切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，非 晶合金的压缩延伸率可达40％，轧制时压下率为 50％以上也不会产生断裂，薄带对弯至180度一般 也不会断裂。
非晶态合金和晶态不锈钢 在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蚀速率
催化性能
非晶态金属表面能高，可以连续改变成分，具有明 显的催化性能。作为催化剂被应用始于20世纪80年代。 非晶态金属催化剂主要应用于催化剂加氢、催化脱氢、 催化氧化及电催化反应等。触媒剂在化学工业中具有 相当重要的地位，高效率的触媒剂对化学工业生产效 率的提高、能源的节约以及新化工产品的产生起着重 要的作用。不同的化学反应要求特定的触媒剂，非晶 态合金具有传统材料无法比拟的优异触媒性能。
• 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性， 在弯曲、压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、 疲劳强度很低，所以一般不能单独用作结构材料。 许多成分的金属玻璃经适当晶化处理后，综合力学 性能会有很大提高。
热学性能
• 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。 • 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定
金属玻璃的强度、硬度和弹性模量
• 一些非晶合金的强度甚至超过了高强度马氏体时 效钢(σs约2GPa)，强度最高的Fe80B20的屈服强度 与经过冷拉的钢丝差不多。
•Leabharlann Baidu金属玻璃具有很好的室温强度和硬度的同时，也 具有很好的耐磨性能，在相同的试验条件下磨损 速度与WCrCo耐磨合金差不多。
韧性和延性
• 非晶合金不仅具有很高的强 度和硬度，与脆性的无机玻 璃截然不同，还具有很好的 韧性，并且在一定的受力条 件下还具有较好的延性。
• Fe80B20非 晶 合 金 的 断 裂 韧 性 可 达 12MPa.m-1/2 ， 这 比 强 度 相近的其它材料的韧性高得 多，比石英玻璃的断裂韧性 约高二个数量级。
柔韧的非晶
艾林瓦(Elinvar)特性
材料在一定温度范围内，弹性模量随温度的变化 极小。许多非晶态铁基合金由于大的自发体积磁致 伸缩导致其弹性模量的变化，形成△E效应，即艾 林瓦特性。使其在室温附近，弹性模量和剪切弹性 模量不随温度而变化。
右图是弹性模量和温度的关系 图，可以看出，Fe79B21、 Fe80B20、Fe82B18、 Fe83B17、Fe85B15、 Fe86B14合金在Tc温度下，E 几乎不随温度变化，硼摩尔分 数为15％~18％的合金，E的 温度系数几乎为零。
碍对磁畴壁的钉扎，所以非晶合金很容易磁化，矫 顽力极低。
• 金属玻璃经部分晶化后产生的极细晶粒可作为磁畴 壁非均匀形核媒质，细化磁畴，获得比晶态软磁合 分更好的高频(＜100kHz)软磁性能。
• 某些铁基非晶合金(例如Co-Fe-B-Si)在很大频率范围 内都具有很高的磁导率。
某些非晶态合金的软磁特性
• 非晶合金一般具有较高的电阻率，是相同成分晶态 合金电阻率的2-3倍，电阻温度系数比晶态合金小。
某些晶态及非晶态合金的电阻率和电阻温度系数
• 许多非晶(如Nb-Si，Mo-Si-B、Ti-Nb-Si、W-Si-B 等)在低于临界转变温度时还具有超导性能。
• 在非晶中形成弥散的第二相也可使临界温度、电 流密度等超导性能得到提高。
非晶态合金的性能与应用优秀 课件
非晶态合金的性能
强度、硬度和刚度
• 非晶中原子有较强的键合，特别是金属-类金属非晶 中原子键合比一般晶态合金强得多；
• 非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，合金 受力时不会产生滑移。
• 非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是 强度最高的实用材料之一。
高强度非晶材料
• 一些非晶永磁合金在经部分晶化处理后永磁性能 会产生很大提高。
• 许多铁基稀土非晶合金晶化后，矫顽力可增加2-3 个数量级以上，具有很好的永磁性能。
• NdFeB非晶合金经过晶化热处理并控制形变织构 方向后，最大磁能积达到55MGOe，是目前永磁 合金磁能积能达到的最高水平之一。
化学性能
• 非晶中没有晶界、沉淀相相界、位错等容易引起局 部腐蚀的部位，也不存在晶态合金容易出现的成分 偏析，所以非晶合金在结构和成分上都比晶态合金 更均匀，具有更高的抗腐蚀性能。
贮氢性能
• 非晶态金属还具有优良的贮氢性能。某些非晶态金 属通过化学反应可以吸收和释放出氢，可以用作贮氢 材料。一些非晶态合金具有优良的贮氢性能，贮氢后 非晶态的结构也相当稳定，但原子间距膨胀。有些非 晶态金属由于吸氢后转变成为晶态，这是由于氢化物 形成是放热反应，非晶合金吸氢时，由于发热而升温 产生晶化。非晶态金属的吸氢量是随氢原子能占据的 场所的数目以及易产生氢化物的元素含量的增加而增 加。根据这个道理，若在氢原子能占据的场所填入了 类金属元素的原子，那么将不能贮氢。如在TiNi合金 中添加硼、硅时，吸氢量减少。
，有些甚至在室温时就会发生转变。
非晶的热处理
• （因瓦(Invar)效应）金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出 很低的热膨胀系数，并且经过适当的热处理，还可进一步降 低非晶合金在室温下的热膨胀系数。
几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/℃)
电学性能
• 非晶具有长程无序结构，在金属-类金属非晶合金中 含有较多的类金属元素，对电子有较强的散射。
• 金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，一般 只有约0.1%。
• 非晶合金的弹性模量比晶态合金略低。
• 非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力 作用时疲劳裂纹容易形核，疲劳寿命较低。
密度
• 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态 密排结构相比，非晶合金的密度一般比成分相近的 晶 态 合 金 低 1-2 ％ 。 Fe88B12 合 金 在 晶 态 时 密 度 为 7.52g/cm3，在非晶态时密度为7.45g/cm3。
• Zr65Nb15B20非晶合金经适当退火产生部分晶化， 在基体上形成许多微小晶粒，合金超导临界温度 提高2倍。
• 具有超导性能的非晶合金可制成具有良好力学性 能的薄带，为开展超导研究和应用研究提供有利 条件。
磁学性能
• 部分非晶合金具有良好的铁磁性能。 • 非晶合金中没有晶界，一般也没有沉淀相粒子等障
弹性模量和温度的关系
由于非晶合金的亚稳性质， 其弹性模量△E＝E0-ET随时 间不断下降，相当长时间后达 到稳定(未老化)。
• 金属玻璃的塑性与外力方向有关，处于压缩、剪 切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，非 晶合金的压缩延伸率可达40％，轧制时压下率为 50％以上也不会产生断裂，薄带对弯至180度一般 也不会断裂。