教学课件§3非晶合金材料.ppt

§3 非晶合金材料;非铁类金属基合金系;质点在三维空间排列没有规律性， 即远程无序， 不排除局部区域可能存在规则排列， 即近程有序 ;图3-1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图 ;晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便会在特征角度出现尖锐的衍射峰 气体：完全无序的结构，因而出现散射现象 玻璃和熔体结构： 存在相似性 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散状衍射峰 近程有序、远程无序 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部有规则排列区域是高度分散的;§3.3 非晶态材料的亚稳定性 亚稳态是指该状态下系统的自由能比平衡态高，有向平衡态（晶态）转变的趋势。 如何形成亚稳态（形成原因） 非晶材料在制备过程中，因熔体急冷使体系粘度急剧增大，质点来不及作远程有序排列而玻璃化，其释放的能量较结晶潜热小，即非晶与晶体相比含有过剩的能量。;从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件不足，阻碍了转化的进行。 当温度升高时，必然有向低能量转化的趋势，产生晶化。;;非晶的主要参数： Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间;非晶形成能力： 1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下， 而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体未经净化处理条件下tmax为1-3mm 近年Mg、Ln、Zr、Fe、Pd、Co基合金系中发现了新的多元非晶合金Rc 低至10-1K/s ，最大试样厚度达到72mm;经验原则 随着约化玻璃转变温度Tg/Tm的提高，非晶形成能力有明显提高趋势，具有较低临界冷却速度Rc和较大临界厚度tmax的合金，Tg/Tm的值超过0.6 随着过冷液体温度区间ΔTx的提高， Rc降低而临界厚度tmax增大 Zr-Al-Ni-P和Pd-Cu-Ni-P非晶合金的ΔTx的值超过100K;Zr-Al-Ni-P和Pd-Cu-Ni-P非晶合金的ΔTx的值超过100K;§3.5 块状非晶合金的制备与性能 §3.5.1块状非晶合金的制备 制备：快速凝固和固结加工 快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、不定向熔炼等 固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热压或热挤压进行制备 La基、Mg基合金最大厚度为10mm，锆基为30mm，Fe基10mm 采用水淬法制备直径为50mm和72mm的Pd40Cu30Ni10P20非晶合金，表面光滑良好金属光泽;1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍 ;它的强度和硬度比现有的许多晶态金属高，能高达每平方毫米4000牛顿，超过了超高硬度工具钢，同时还具有相对较高的韧性。 非晶合金的拉伸塑性较低，在拉伸时小于l％，但在压缩、弯曲时有较好塑性，压缩塑性可达40 ％，非晶合金薄带弯达180o也不断裂。 ;2.良好的化学性能 非晶态合金比相同成分的晶态合金具有强得多的耐腐蚀性能，如Fe43Cr16Mo16C18B8非晶合金的耐腐蚀性可比不锈钢高一万多倍。 由于非晶态材料的显微组织均匀，不包含位错、晶界等缺陷，使腐蚀液不能??侵。 同时，非晶态合金自身的活性很高，能够在表面迅速的形成均匀的钝化膜，或一旦钝化膜局部破裂也能够及时修复。;3.非晶态合金的物理性能 非晶合金具有良好的磁学性能，非晶合金因矫顽力小、导磁率高、铁损小和非常适用于制作变压器、电磁开关、磁放大器等的磁芯。非晶合金可屏蔽外来电磁场对高分辨率电子显微镜的干扰;利用其优异的磁性能制作各种磁记录头和磁光光盘等。 非晶态材料电学性能方面展现出许多优于品态的特点，如非晶态合金具有比晶态合金大10一100倍的高电阻率。部分非晶态合金还具有超导特性。