非晶态合金性能与应用
非晶合金研究现状及应用发展综述
非晶合金研究现状及应用发展综述摘要：本文综述了块体非晶合金材料研究发展的历史和现状。
介绍了主要的非晶合金体系发展状况，并从块体非晶合金材料形成的成分与结构条件、热力学条件和动力学条件等方面阐述了块体非晶合金形成和稳定存在的机制。
较全面地列出并介绍了目前块体非晶合金材料的制备方法及其特色，并总结了非晶合金的性能特征和应用现状。
关键词：非晶合金；性能；应用；制备方法0 引言非晶态合金是指不具有长程有序但短程有序的金属合金,又由于其具有金属合金的一些特性,故它们也被称为玻璃态合金或者非结晶合金，属于非晶态材料中新兴的分支【1】。
与晶态合金相比，非晶合金具备许多优异性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等。
块体非晶合金材料的迅速发展，为材料科研工作者和工业界研究开发高性能的功能材料和结构材料提供了十分重要的机会和巨大的开拓空间。
1.非晶合金的结构综述非晶态合金的结构自从20世纪60年代发现首个Au-Si非晶态合金以来【2】,非晶态合金的原子结构就是人们关注的焦点,提出了多种非晶态合金结构模型,主要有:硬球无规密堆模型、微晶模型、连续无规网格模型、FCC/HCP密堆团簇堆积模型。
1.非晶合金的性能及应用非晶合金与普通钢铁材料相比，有相当突出的高强度、高韧性和高耐磨性。
根据这些特点利用非晶态材料和其它材料可以制备成优良的复合材料，也可以单独制成高强度耐磨器件。
在日常生活中接触的非晶态材料已有很多，如用非晶态合金制做的高耐磨音频视频磁头在高档录音、录相机中的广泛使用；把块体非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮中；采用非晶丝复合强化的高尔夫球杆、钓鱼杆已经面市。
非晶合金材料已广泛用于轻、重工业、军工和航空航天业，在材料表面、特殊部件和结构零件等方面也都得较广泛的应用。
2.1部分应用场景（1）非晶态的力分布传感器非晶态合金因无结晶结构，故不存在晶界这样一些局部显示机械强度小的地方，所以具有高强度、高硬度的特性；原子是无序超密结构，所以电阻率高，使之制成器件工作时铁损小；无磁晶各向异性，对外部磁场变化敏感，所以检测磁变化灵敏度高：由于不存在结晶缺陷、晶界，所以耐蚀性好。
非晶态合金的应用
由于性能优越，大 块非晶态合金，被 认为是未来几种太 空设备的候选材料。 美国第一艘采集太 阳风样品的起源号 太空飞船，采集的 关键部件—太阳风 采集瓦，就是用锆 基大块非晶态合金 制造的。
• 其高硬度和高耐磨性可用于生产工业刀片。
• 此外，还可以用于刮须刀。具有高硬度、高强度、高耐腐 蚀性的优良特性。
应用前景
• 由于非晶态合金强度和韧性兼具，而一般金属这两 者是相互矛盾的。所以其独特的性质使得其应用前 景很广。 • 制约因素：1.采用急冷法制备，使其厚度受到限制。 2.热力学上不稳定，受热有晶化倾向。 若能攻克以上两点难题，其应用将是更广阔的一片天 地。
谢谢大家~
• 另外，在医疗器械领域，非晶态合金制作的手术刀异 常锋利，刀口不易钝化，性能稳定，使用寿命长
• 非晶态合金材料在石油钻探中作为焊接钻杆接头耐
磨带来使用，其耐磨性是普通材料的4~6倍。对焊杆 接头本体提高了400%的保护。 • 将非晶态合金喷涂到普通的金属加重扶正器上进行保 护，可使扶正器反复多次使用。
非晶态合金的应用
力学性能
• 特点：高强度、高硬度和高韧性。强度和韧性兼具。 耐磨性也明显高于普通钢铁材料。 • 应用：可制作轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的 增强纤维、道具、各作为 高尔夫球杆的表面 材料，可大大提高 球棒的寿命和弹性
• 近几年非晶态合金还在滑雪橇、棒球球棒、溜冰鞋、 网球球拍，自行车和水中呼吸器等产品方面有所应用。
块体非晶合金材料的性能、应用及展望
块体非晶合金材料的性能、应用以及展望引言：非晶态合金又称为金属玻璃，具有长程无序、短程有序的亚稳态结构特征。
固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。
与传统的晶态合金相比，非晶合金具备很多优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨和耐腐蚀等，因而引起人们极大的兴趣。
一、非晶合金的发展历程自1960 年加州理工学院的P.Duwez 小组采用液态喷雾淬冷法以106K/s 的冷却速率从液态急冷获得Au-Si 非晶合金以来，人们主要通过提高冷却速度的方法来获得非晶态结构。
由于受到高的临界冷却速率的限制，只能获得低维的非晶材料（非晶粉、丝、薄带等），这在很大程度上限制了非晶的应用，特别是阻碍了对其力学、物理等性能的研究。
20 世纪80 年代末90 年代初，日本东北大学（Tohoku University）的T.Masumoto 和A.Inoue 等人发现了具有极低临界冷却速率的多元合金系列，如Mg-TM-Ln，Ln-AI-TM，Zr-AI-TM，Hf-AITM ，Ti-Zr-TM（Ln 为铡系元素，TM 为过渡族元素）。
1993 年W.L.Johnson 等人发现了具有临界冷却速率低达1K/s 的Zr 基大块非晶合金。
经过二十多年的发展，非晶从只有几个微米到现在的厘米级别，现在已经有6 个体系（锆基: Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5， Zr55Al10Ni5Cu30；铂基：Pd40Cu30Ni10P20；钇基：Y36Sc20Al24Co20；钯基：Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5；镁基：Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11）临界尺度达到了20mm。
对非晶态的大量研究表明，非晶合金中不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷，非晶合金具有传统的晶态金属所不具有的诸多优良性能，如良好的机械、物理、化学性能以及磁性能。
鉴于大块非晶合金优良的力学、化学及物理性能以及在电子、机械、化工、国防等方面具有广泛的应用前景，大块非晶合金的研制就具有重要的技术和经济价值，是一个具有广阔发展前景的研究领域。
非晶合金材料
非晶合金材料非晶合金材料是一种具有非晶结构的金属材料，也称为非晶态合金。
与晶体材料相比，非晶合金材料具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性能，因此在工业领域具有广泛的应用前景。
本文将从非晶合金材料的特点、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
首先，非晶合金材料的特点是具有非晶结构。
非晶结构是指材料的原子排列呈现无序状态，而非晶合金材料的原子排列方式是无规则的、无序的。
这种结构使得非晶合金材料具有较高的硬度和强度，同时还具有优异的弹性和耐磨损性能。
此外，非晶合金材料还具有较好的导电性和磁性，因此在电子、磁性材料领域也有着广泛的应用。
其次，非晶合金材料的制备方法主要包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法。
快速凝固法是通过在高温状态下迅速冷却金属熔体来制备非晶合金材料，这种方法可以有效地抑制原子的有序排列，从而形成非晶结构。
溅射法是将金属靶材置于真空室中，通过离子轰击的方式将金属原子沉积到基底上，形成非晶合金薄膜。
机械合金化法则是通过机械方法将不相容的金属元素混合制备成非晶合金材料。
这些制备方法为非晶合金材料的大规模生产提供了可行的途径。
非晶合金材料在工业领域具有广泛的应用。
首先，在航空航天领域，非晶合金材料可以用于制造航天器的结构部件和发动机零部件，因其具有较高的强度和耐腐蚀性能。
其次，在电子领域，非晶合金材料可以用于制造集成电路封装材料和磁性存储介质，以提高电子产品的性能和稳定性。
此外，在医疗器械和生物材料领域，非晶合金材料也有着广泛的应用前景，可以用于制造人工骨骼和植入式医疗器械。
综上所述，非晶合金材料具有独特的结构和优异的性能，制备方法多样且成熟，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，非晶合金材料在工业领域的应用前景将会更加广阔，为人类社会的发展做出更大的贡献。
非晶态合金的制备与性能研究
非晶态合金的制备与性能研究一、引言非晶态合金是一种特殊的材料，它是由高浓度的合金元素混合制成的。
与传统的多晶材料相比，非晶态合金具有更高的强度、更低的磨损和更好的防腐蚀性。
近年来，非晶态合金在汽车、航空、电子和能源等领域得到了广泛的应用。
二、非晶态合金的制备方法非晶态合金的制备方法有多种，主要包括溶液冷却、气相淬火、电弧溅射和机械合成等。
其中，溶液冷却法是一种简单有效的方法，它可以制备出大量的非晶态合金样品。
该方法通常是将合金元素混合在一起，然后将混合物放入高温溶液中，迅速冷却。
通过这种方法，可以制备出各种不同的非晶态合金样品。
气相淬火是另一种制备非晶态合金的方法。
该方法可以通过在惰性气体中快速冷却合金样品来制备非晶态合金。
这种方法可以获得优异的非晶态合金样品。
电弧溅射是一种常见的合金制备方法，它适用于制备各种金属薄膜和表面涂层。
该方法通过在真空环境下对目标材料进行电弧放电来制备非晶态合金。
这种方法还可以制备出多层复合薄膜和纳米多层结构薄膜。
机械合成是一种非常简单的方法，它利用机械力来制备非晶态合金样品。
该方法可以通过球磨等机械装置对合金粉末进行处理，得到非晶态合金样品。
该方法制备的非晶态合金样品具有良好的均匀性和可控性。
三、非晶态合金的性能研究非晶态合金具有许多出色的性能，其中最突出的是其高强度和良好的延展性。
这两种性能的组合使非晶态合金被广泛应用于许多重要的领域。
非晶态合金还具有优良的耐腐蚀性和高温性能。
这些性能使得非晶态合金在汽车、航空和能源领域得到广泛的应用。
除了高强度和高温性能外，非晶态合金还具有出色的热稳定性和化学稳定性。
这些性能使得非晶态合金适用于各种特殊环境下的应用。
最近的研究表明，非晶态合金还是一种优秀的催化剂材料。
非晶态合金催化剂可以用于水处理、气体处理和化学加工等领域。
四、结论非晶态合金是一种具有广泛应用前景的高性能材料。
它的制备方法多种多样，而且具有许多出色的性能。
未来的研究应该集中于探索非晶态合金在各个领域中的应用，以及制备更高性能的非晶态合金材料。
非晶态合金的性能与应用讲解
弹性模量和温度的关系
• 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。 • 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。
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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。
光学性能
金属材料的光学特性受其金属原子的电子状态 所支配，某些非晶态金属由于其特殊的电子状态而 其有十分优异的对太阳光能的吸收能力。所以利用 某些非晶态材料能够制造出相当理想的高效率的太 阳能吸收器。非晶态金属具有良好的抗辐射（中子、 γ射线等）能力，使其在火箭、宇航、核反应堆、受 控热核反应等领域具有良好的应用前景。
传感器
• 非晶合金薄带与丝材具有许多优点，适合各种类 型传感器的不同需求： • 同时具有高强度和高弹性极限，用非晶合全条带 的丝材可直接做成弹性环和弹簧，不需要辅助弹 性材料和保护材料，制成的器件可承受很大的拉 力，且具有耐磨、耐冲击和耐腐蚀性。
• Co基非晶合金的最大磁导率可达106级，是高灵敏 度磁性传感器的理想材料。
铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展
精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-02-21 Received ：2024-02-21引文格式：曹梓恒, 郭威, 吕书林, 等. 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 62-75. CAO Ziheng, GUO Wei, LYU Shulin, et al. Progress in Research on Preparation, Properties and Application of Al-based Amor-phous Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 62-75. *通信作者（Corresponding author ） 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展曹梓恒1，郭威1,2,3*，吕书林1，王锦程2，吴树森1（1.华中科技大学 材料科学与工程学院 材料成形与模具技术全国重点实验室，武汉 430074；2.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，西安 710072；3.深圳华中科技大学研究院，广东 深圳 518057） 摘要：铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景，综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。
首先，介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系，目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系，以及综合性能和形成能力2大方面，多元体系表现更佳，并逐渐向更多元化发展；其次，系统介绍了铝基非晶合金的制备方法，包括粉末状、薄带状、块体样品的制备，相较于非晶薄带的制备，块体和粉状的制备方法较为丰富，而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料；随后，详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势，从性能上来看，铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好，目前主要以涂层的形式参与应用，除此之外，研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究，由于玻璃形成能力的限制，作为结构材料的应用较少；最后，对其未来应用前景进行了展望，认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。
非晶态合金——制造航天引擎的新材料
非晶态合金——制造航天引擎的新材料非晶态合金，指的是金属原子成分不规则、具有类似玻璃的非晶结构的金属材料。
与传统的晶态合金相比，非晶态合金具有更高的硬度、韧性和耐腐蚀性等优异性能。
这种材料有很大的应用潜力，尤其是在航空、航天等领域中。
本文将从多个角度分析非晶态合金在航天引擎制造中的应用前景。
一、非晶态合金的优异性能非晶态合金具有以下优异性能，这使得它在航天引擎制造中十分有用：1.高硬度：非晶态合金具有非常高的硬度，主要是因为它们具有很高的熔点和升华温度，并且可以完全避免微晶产生。
这意味着它可以承受更高的压力和温度。
2.高韧性：非晶态合金具有高韧性和抗裂纹扩展的能力。
这种材料可以减少疲劳问题，并提高航天引擎的寿命。
3.耐腐蚀性：因为非晶态合金具有高淬火能力，所以它们非常耐腐蚀。
这在对抗化学反应和环境因素中是至关重要的。
4.良好的导电性和导热性：由于非晶态合金结构的无序性，有助于形成短程有序，在导热性方面表现良好。
而且其电导率比某些晶态合金高出很多。
二、非晶态合金在航天引擎制造中的应用由于其优异的性能，非晶态合金在航天引擎制造中有很广泛的应用。
特别是在燃气轮机和火箭发动机中，非晶态合金材料已经得到广泛应用，并被证明是有效的选择。
以下是几种非晶态合金在航天引擎制造中的应用：1.作为燃烧室材料：非晶态合金可以承受非常高的温度、压力和化学腐蚀，所以它可以被用来制造燃烧室件。
这些部件需要在极端的状态下工作，非晶态合金可以承受这些压力，寿命也比普通材料长得多。
2.作为导弹翼身材料：导弹对翼身材料的要求非常高，尤其是在极速飞行状态下。
非晶态合金的高硬度、良好的导热性和导电性使其成为导弹的先进材料选择。
3.作为推进器材料：在航天发动机和火箭发动机的推进系统中，非晶态合金材料可以承受飞行时的高温高压冲击。
非晶态合金可以很好地满足这些要求。
4.作为锻造模具材料：非晶态合金材料具有较高的强度和硬度，可以在制造锻造模具时提高模具的耐用性和使用寿命。
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1.非晶态合金的机械性能
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2.非晶态合金的软磁特性
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3.非晶态合金的耐蚀性能
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4.非晶合金电阻率与温度的关系
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5.非属态合金的主要特性及应用
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非晶合金的应用
❖ 在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁 镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩 展到超级市场。
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（3）民用产品
❖ 变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大量普及。其中关 键部件是高频损耗低、 饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应 用中有明显优势，将在变频零电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频 空调中使用非晶PFC电感已经成为一个热点。
（2）电子信息领域
❖ 为了减小体积，计算机开关电源的工作频率已经从20kHz提高到500kHz； 为了实现CPU的低电压大电流 供电方式，采用磁放大器稳定输出电压； 为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器，以 及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而非 晶合金在此大有用武之地。
❖ 非晶态材料有着其十分优越的价值，应用范围也十 分广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的 功能膜层、电子、电力、化工等领域，块状化的非 晶合金在这些行业也显示出十分广阔的应用前景。
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安德逊 莫特
范弗莱克
因对磁性和无序系统的电子结构 的基础性研究，共同获得了 1977年度诺贝尔物理学奖。
❖ 总之，非晶合金不仅软磁性能优异，而且工艺简单、成本低 廉；正在成为一类十分重要的、具有市场竞争优势的基础功 能材料。
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谢谢！！
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非晶态合金的性能及应用
❖ 力学性能：强度远超晶态的高强度钢
❖ 软磁特性：无各向异性，磁导率、饱和 磁感应强度高；矫顽力低、损耗小
❖ 耐蚀性能：比不锈钢好的多
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❖ 其他性能及应用
复杂的电阻-温度关系 催化特性 超导电性（见教材表6-7，P68） ❖ 精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨
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（1）电力领域
❖ 非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5－1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载 损耗降低60％－70％。在“九五”期间，我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生 产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁芯生产线。
❖ 非晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源 用软磁材料的最佳选择。采用非晶铁芯的变压器的转换功率可达 500kW，体积比功率铁氧 体变压器减少50％以上。
❖ 以非晶态硅太阳能电池发展为例，研发单晶硅太阳能电池耗资数十亿美 元，该电池转化率高，但成本高昂，无法广泛推广。1975年开始研发掺 杂非晶硅太阳能电池，转化率不断提高。如果转化率提高到10~12%， 就可以代替单晶硅太阳能电池；如果组件成本能够再降低，就可以与核 能相抗衡。
❖ 金属玻璃材料比一般金属的强度还要大，例如非晶态 Fe56B56的断裂强 度达到370kg/mm2，是一般玻璃钢强度的7倍，已接近理想晶体的水平， 并具有好于金属的弹性、弯曲性、韧性、硬度和抗腐蚀性，此外还具有 良好的电学性能。