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1、沖破傳統(tǒng)的新型金屬材料——非晶合金##，過程裝備與控制工程，313#######摘要：人類的生活中少不了一種材料，那便是金屬。幾千年來，我們一直使用著晶態(tài)金屬材料，然而有一種新型金屬材料，從力學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)乃至生物學(xué)方面來說性能均優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料。它就是非晶合金。本文從非晶合金的結(jié)構(gòu)定義與制備方法入手，介紹了該材料的一系列性能，以及其未來的發(fā)展方向和展望。關(guān)鍵詞：非晶合金新型材料優(yōu)越性能Abstract：Thereisavitalmaterialinourlife,whichiscalledmetal.For
2、thousandsofyears,wehavebeenusingcrystallinemetallicmaterials,butthereisanewtypeofmetalmaterials,frommechanics,electromagnetics,chemistryandevenbiology,itperformsmuchbetterthanthetraditionalmetalmaterials.Itsnameisamorphousalloys.Thisarticleintroducesaserieso
3、fpropertiesofthematerialfromthestructuredefinitionandpreparationofamorphous,aswellasitsfuturedirectionandprospects.Keywords：amorphousalloy,newmaterial,superiorperformance金屬材料是機(jī)械制造中的重要一員，也是人類生產(chǎn)生活不可分割的元素，小到日常用品，大到國(guó)防航天，無不使用到金屬材料。它的發(fā)展亦是人類文明進(jìn)步的見證。在大約8000年的金屬材料使用歷
4、史中，人類使用的都是具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料，直到20世紀(jì)后期，即1960年美國(guó)加州大學(xué)Duwez小組用快冷首次獲得了非晶態(tài)的合金Au70Si30，1967年又最先得到了非晶合金Fe86P12.5C7.5，并發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)合金具有許多常規(guī)晶態(tài)金屬不可比擬的優(yōu)越性能，從此揭開了金屬材料發(fā)展歷史上新的一頁(yè)。1.什么是非晶合金非晶態(tài)合金又稱金屬玻璃，具有短程有序、長(zhǎng)程無序的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)特征。固態(tài)時(shí)其原子的三維空間呈拓?fù)錈o序排列，并在一定溫度范圍內(nèi)這種狀態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定。與晶態(tài)合金相比，非晶合金具備許多優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度，高彈性
5、，良好的耐蝕性和優(yōu)良的磁學(xué)性能等。同時(shí)，目前的非晶合金臨界尺寸已達(dá)幾個(gè)厘米，能夠滿足作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用對(duì)尺寸的要求。作為集眾多優(yōu)點(diǎn)于一體的新型材料，非晶合金的迅速發(fā)展，為材料科研工作者和工業(yè)界研究開發(fā)高性能的功能材料和結(jié)構(gòu)材料提供了十分重要的機(jī)會(huì)和巨大的開拓空間，此外，與之相關(guān)的大量基礎(chǔ)科學(xué)研究也推動(dòng)了人們對(duì)液體和玻璃材料的深入理解。2.非晶合金的歷史1934年,德國(guó)的Kramer首次用熱蒸發(fā)法制備出了非晶態(tài)合金。非晶材料最早的工業(yè)應(yīng)用是1947年Brenner等用電解和化學(xué)沉積獲得了Ni-P和Co-P的非晶薄膜
6、,并用作金屬表面的防護(hù)涂層。1959年,美國(guó)物理學(xué)家Turnbull通過水銀的過冷試驗(yàn)提出液態(tài)金屬可以過冷到原理平衡熔點(diǎn)以下而不產(chǎn)生形核與長(zhǎng)大。根據(jù)他的理論,假如冷到足夠程度，及使用最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的液體也可以通過玻璃化轉(zhuǎn)變。1960年,美國(guó)加州理工學(xué)院的Duwez小組發(fā)明了采用噴槍技術(shù)來急冷金屬液體的快速淬火技術(shù)在Au-Si合金中獲得非晶態(tài)合金,從而開創(chuàng)了材料研究的新領(lǐng)域。1969年,非晶合金的制備有了突破性進(jìn)展,Pond等用軋輥法制備出長(zhǎng)達(dá)幾十米的非晶薄帶。由于受到極高的臨界冷卻速率的限制,在一段時(shí)期內(nèi),只能得到
7、絲、粉末或箔材等非晶合金。20世紀(jì)80年代前期,Turnbull等采用氧化物包覆技術(shù)制備出了厘米級(jí)的Pd-Ni-P非晶合金。在90年代初,A.Inoue等在日本東北大學(xué)成功發(fā)現(xiàn)了具有極低臨界冷卻速率的多元合金體系。2003年橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Lu和Liu使Fe基非晶的尺寸從毫米推進(jìn)到厘米級(jí),最大直徑可達(dá)12mm,我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的沈軍將Fe基塊體非晶合金的尺寸提高到16mm,2004年Johnson在Pt基合金系中發(fā)現(xiàn)了具有高壓縮塑性的塊體非晶合金體系,他們研制的直徑為3mm的Pt基合金的壓縮塑性達(dá)到了20%
8、,突破了過去塊體非晶合金壓縮塑性一般小于2%的瓶頸。最近,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的Ma等發(fā)現(xiàn)了尺寸可達(dá)25mm的Mg-Cu-Ag-Pd非晶態(tài)合金。[1]3.非晶合金的形成影響非晶形成的因素主要有熱力學(xué)因素、動(dòng)力學(xué)因素、結(jié)構(gòu)學(xué)因素三點(diǎn)。3.1熱力學(xué)因素在熱力學(xué)上，非晶態(tài)是一種亞穩(wěn)態(tài)，在相同溫度下其對(duì)應(yīng)的自由能既高于平衡條件下的晶態(tài)相，也高于非平衡過程的其他所有亞穩(wěn)態(tài)，因?yàn)槿魏纹渌麃喎€(wěn)態(tài)相的
