非晶态金属的力学性能_赖祖涵
Ti-Cu-Ni三元大块非晶合金的制备与力学性能
Txl 500 550 600 650 700 750 800 850
Temperature/K
图 2 Ti50Cu50-xNix(x=5, 8, 11)合金的DSC曲线 Fig.2 DSC traces of Ti50Cu50-xNix glassy alloys (x=5, 8, 11)
综上，目前还没有简单的两元或三元的 Ti 基大块 非晶出现，只制得复杂的多组元大块非晶且其中大都 含有能产生有毒蒸气的 Be 元素。简单的两元或三元 大块非晶合金体系的制备对非晶形成能力的研究有重 大意义。本实验将研究三元 Ti-Cu-Ni 合金系的非晶形 成能力、热稳定性、力学性能和断裂行为，探讨该类 合金制备大块非晶合金的可能性。
第 37 卷 2008 年
第7期 7月
稀有金属材料与工程
RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING
Vol.37, No.7 July 2008
Ti-Cu-Ni 三元大块非晶合金的制备与力学性能
孟力凯，司 颐，索忠源，武晓峰
(辽宁工业大学，辽宁 锦州 121001)
摘 要：采用铜模喷铸法成功制备出成本较低、直径为 2 mm 的 Ti 基 Ti50Cu42Ni8 大块非晶合金。利用 XRD、DSC 及 SEM 等手段研究了 Ti50Cu50-xNix(x=5, 8, 11)合金的非晶形成能力、力学性能与变形行为。结果表明：Ti50Cu42Ni8 大块非 晶合金具有明显且较高的玻璃转变温度 Tg(659 K)、晶化初始温度 Tx(716 K)、宽的过冷液相区 ∆Tx=Tx－Tg(57 K)、高的 约化玻璃转变温度 Trg=Tg/Tm(0.565)和压缩断裂强度(2008 MPa)。
非晶合金特点
非晶合金特点
非晶合金，也称为玻璃态合金，是一类具有非晶结构的金属材料。
它们的特点主要体现在以下几个方面：
1. 非晶结构：非晶合金的最显著特点是其原子结构没有长程有序的晶体结构，而是呈现出无规则的、类似于液体的原子排列方式。
这使得非晶合金具有类似玻璃的脆性。
2. 优异的机械性能：非晶合金具有高的强度和硬度，以及良好的韧性。
这是因为它们的微观结构决定了材料在受到外力时，原子间的滑动受到限制，从而抵抗变形的能力强。
3. 耐腐蚀性：非晶合金通常具有良好的耐腐蚀性，这是因为它们的无定形结构不容易形成原电池，从而减少了腐蚀的发生。
4. 独特的热性能：非晶合金具有较宽的熔点范围，有时甚至表现出超塑性，即在特定条件下，材料在高温下可以发生显著的塑性变形而不断裂。
5. 良好的电磁性能：非晶合金通常具有优异的磁性能，如铁磁性或顺磁性，这使得它们在电子、电器领域有广泛的应用。
6. 易加工性：虽然非晶合金硬度高，但它们可以通过热处理和加工技术进行成型加工，如铸造、锻造、挤压和轧制等。
7. 轻质：非晶合金的密度通常较低，这对于航空航天、汽车制造等要求减轻自重的行业来说是一个重要的优势。
非晶合金的这些特点使它们在许多领域都有广泛的应用，如电机、变压器、录音磁头、高速切削工具、汽车发动机部件等。
随着材料科
学的发展，非晶合金的应用范围还将进一步扩大。
非晶态合金材料的制备及其力学性能研究
非晶态合金材料的制备及其力学性能研究非晶态合金材料（Amorphous Alloy）是指由金属原子、金属间化合物或金属与非金属元素形成的无定形固体。
这种材料具有优异的力学性能、热稳定性和腐蚀抗性等特点，因此被广泛应用于航天、汽车、电子等领域。
本文将介绍非晶态合金材料的制备方法和力学性能研究。
一、非晶态合金材料的制备方法非晶态合金材料的制备方法主要有快速凝固法、机械合金化法和物理气相沉积法等。
快速凝固法是指将高温熔体通过快速冷却制备非晶态合金。
该方法常用的设备有单轮快速凝固仪、多轮快速凝固仪和线性凝固仪等。
通过这些设备，可以制备出具有不同组成和形状的非晶态合金。
机械合金化法是指将粉末状的金属材料在高能球磨机中进行反复摩擦和冲击，使其发生塑性变形和固态反应，从而形成非晶态合金。
该方法适用于制备微米级别的非晶态合金，具有操作简单、设备成本低等优点。
物理气相沉积法是指将高温的原料气体通过离子束或电子束加热，形成高能原子簇，在衬底上沉积并形成非晶态合金。
该方法可制备出具有较大平面尺寸和均匀厚度的非晶态合金薄膜，适用于微电子器件等领域。
二、非晶态合金材料力学性能研究非晶态合金材料的力学性能是其在工程应用中的重要特性，主要包括弹性模量、屈服强度、延展性等。
弹性模量是指材料在力学应变范围内，对应力变化的敏感度。
非晶态合金材料的弹性模量通常较高，这意味着其具有良好的耐磨损性和抗变形能力。
屈服强度是指材料的抗拉强度达到临界值时所承受的最大应力。
非晶态合金材料的屈服强度通常较高，甚至可超过传统多晶金属材料的强度水平。
这是由于其无定形结构使得位错无法在晶间滑移，因此其内部形成的应力场比多晶材料更均匀。
延展性是指材料在受力时的变形能力。
非晶态合金材料通常具有较小的延展性，这是由其无定形结构所决定的。
但是，可以通过合适的改性和处理方式，提高其塑性和延展性。
非晶态合金材料的力学性能在工程应用中具有重要意义。
研究其力学性能不仅可以为其工程应用提供理论指导，而且还可促进新型非晶态合金材料的发展和应用。
非晶合金材料的力学性能与微结构研究
非晶合金材料的力学性能与微结构研究随着工业技术的发展和变革，新型材料的研究和应用已成为当前的热点话题。
非晶合金作为一种新型材料，其独特的力学性能和微结构特征受到了广泛关注。
一、非晶合金的定义和基本结构非晶合金，也称为非晶态合金或柔性合金，是一种新型材料，从其名称就可以看出，它与传统的钢铁、铝合金等晶态材料相比，具有独特的非晶态结构。
非晶态材料存在着非常高的固态扩散和强烈的成分分散性，其微观结构被描述为没有晶体结构的均匀玻璃态。
二、非晶合金的力学性能相对于传统的晶态材料，非晶合金具有独特的力学性能。
首先，非晶合金具有出色的塑性和韧性，其强度和硬度是同等密度的晶态金属的数倍。
其次，非晶态合金具有较高的弹性极限，低的屈服点和无塑性断裂的特征。
最后，非晶合金可以在较大的应变区间内发挥良好的机械性能，而在过大的应变下不易引起断裂。
三、非晶合金的微结构特征非晶态合金有着独特的微观结构，成分分散度高、片层结构、纳米晶颗粒和纳米晶颗粒分布均匀、当结构尺寸处于毫米、百纳米和纳米这些不同的尺度时，就会产生不同的物理学和力学性能，从而造成材料力学性能的巨大差异。
四、非晶合金的力学性能与微结构的关系根据现有的研究成果和实验数据，非晶态材料的力学性能与其微观结构之间存在着密切的关系。
例如，非晶合金的成分分散度和微观结构的均匀性与其强度和塑性密切相关。
此外，非晶态材料的物理性能和力学性能还与其表面质量和界面的自然存在也密切相关。
总的来说，非晶合金是一种具有非常高的塑性和韧性、强度和硬度的新型材料，它的力学性能与其独特的微观结构密切相关。
未来的研究应该深入探讨非晶合金材料的力学性能和微观结构之间的关系，为非晶态合金的研发和应用奠定更加坚实的基础。
非晶合金材料的磁性与力学性能研究
非晶合金材料的磁性与力学性能研究非晶合金是一种具有非晶态结构的新型材料。
与晶体材料相比，非晶合金具有一些独特的性质和特点，尤其是在磁性和力学性能方面具有较为突出的表现。
本文主要围绕非晶合金材料的磁性和力学性能展开讨论，旨在探究其相关研究进展和应用前景。
一、非晶合金的磁性能研究非晶合金通常由具有磁性的过渡金属和非磁性的元素组成，其磁性能主要受到合金组分及处理工艺的影响。
传统晶体材料的磁性主要来源于晶格中的磁性离子排列，而非晶合金的磁性则主要源于形成非晶结构时的快速冷却或固态淬火过程。
研究发现，非晶合金具有较高的饱和磁化强度和矫顽力，以及较低的磁滞损耗。
这些磁性能的优越性使得非晶合金在电磁领域、能源转换和储存等方面具有广泛的应用前景。
例如，非晶合金在电动车辆的电机中可以提供更高的磁能密度和转矩密度，从而提高车辆的续航里程和性能。
二、非晶合金的力学性能研究非晶合金的非晶态结构赋予了其优异的力学性能。
相比于晶体材料，非晶合金具有较高的强度、韧性和塑性。
这归功于非晶合金的无序结构，使得它们能够避免一些常见的塑性失效机制，如晶界滑移带来的断裂。
非晶合金的力学性能可以通过改变合金组分和处理工艺来调控。
合金组分的优化可以通过微量添加非金属元素、调整金属元素的比例等手段来实现，以提高强度和韧性。
处理工艺的改进则可以通过调整合金的快速冷却速度、热处理温度等来实现，以改善材料的脆性和塑性。
三、非晶合金的应用前景随着科学技术的不断发展，非晶合金在多个领域都得到了广泛的应用。
例如，在航空航天领域，非晶合金被用作高温合金和超导材料，以提高材料在高温、高压和恶劣环境下的性能。
此外，非晶合金还被广泛应用于微电子和信息技术领域。
非晶合金的导电性和磁性使得其成为磁存储介质和传感器器件的理想选择。
此外，非晶合金还可以用于制备高性能的导线、线圈和变压器等电子元器件。
鉴于非晶合金材料在磁性和力学性能方面的突出表现，未来的研究应该聚焦于合金组分和处理工艺的优化，以进一步改善其性能。
非晶合金材料的结构与热力学性质
非晶合金材料的结构与热力学性质非晶合金材料是指由非晶态或部分非晶态的金属和非金属元素组成的材料。
与晶态材料相比，非晶合金材料具有独特的结构和热力学性质，因此在各个领域中得到了广泛的应用。
首先，非晶合金材料的结构与热力学性质密切相关。
晶态材料的结构是有序的，由原子或离子按照一定的规则排列而成，而非晶合金材料的结构是无序的，没有明显的长程周期性。
这种无序结构使得非晶合金材料具有较高的熵值，相比晶态材料更加稳定。
其次，非晶合金材料的无序结构赋予了其独特的热力学性质。
非晶合金材料具有较高的玻璃转变温度和较好的抗腐蚀性能，这些性质使得其在航空航天、电子、化工等领域中得到广泛应用。
此外，非晶合金材料还具有优良的磁性能和形状记忆效应，被广泛应用于电子器件制造和高科技领域。
非晶合金材料的结构与热力学性质与其制备方法密切相关。
非晶合金材料的制备方法包括快速凝固、溅射法和等离子体法等多种。
其中，快速凝固是获得非晶合金材料最常用的方法之一。
快速凝固技术利用快速冷却使金属液态迅速凝固成非晶结构，从而得到非晶合金材料。
通过调节凝固速度和合金成分，可以控制非晶合金材料的结构和性质。
非晶合金材料在各个领域中的应用都具有重要的意义。
在电子领域，非晶合金材料可用于制备高性能的磁盘存储器和传感器等器件。
在航空航天领域，非晶合金材料具有优异的强度和韧性，适用于制造高速导弹和火箭等。
在能源领域，非晶合金材料可用于制备高效的储能材料和催化剂。
在医疗领域，非晶合金材料可用于制备人工关节和导管等。
虽然非晶合金材料具有广泛的应用前景，但其制备和应用仍面临一些挑战。
首先，非晶化技术仍存在一定的制备难度和成本问题。
其次，非晶合金材料的性能与其成分和结构密切相关，因此如何优化合金成分、控制凝固速度和制备工艺仍是一个研究的热点。
值得注意的是，非晶合金材料的热稳定性和机械性能也需要进一步提高。
总而言之，非晶合金材料具有独特的结构和热力学性质，广泛应用于电子、航空航天、能源和医疗等领域。
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。
非晶态合金和晶态不锈钢 在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蚀速率
试样 晶态不锈钢18Cr-40Ni 晶态不锈钢17Cr-14Ni-2.5Mo 腐蚀速率(mm/年) 40℃ 17.75 —— 60℃ 120.0 29.24
非晶态合金Fe70Cr10P13C7 非晶态合金Fe65Cr10Ni5P13C7
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 ，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/℃)
• 用非晶带绕成环形磁芯，在直径方向施加很小外 力，会使磁芯的磁特性发生显著变化。用这个磁 芯构成单磁芯桥式多谐振荡器，可将由应力所产 生的磁性能变化转变为直流电压输出，制成高精 度应力传感器。
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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。
非晶合金材料微观结构及力学性能研究
非晶合金材料微观结构及力学性能研究随着科学技术的不断进步，材料科学逐渐成为了一个重要的研究领域。
其中，非晶合金材料因其特殊的结构和性能引起了越来越多的关注。
本文将对非晶合金材料的微观结构及力学性能进行探讨。
一、非晶合金材料简介非晶合金材料属于一种非晶态材料，其特点是没有明显的长程有序性结构。
这种材料通常由两种或多种金属原子混合而成，经过快速冷却而形成。
相比常规结晶态材料，非晶合金材料具有以下优异性能：1.较高的强度和硬度。
2.较好的抗腐蚀性。
3.较低的磁滞损耗。
4.较好的导电性能。
5.较低的磁畴壁耗损。
二、非晶合金材料的微观结构1.成分非晶合金材料通常由两种或多种金属原子混合而成。
这些金属原子之间没有明显的有序排列，呈现出连续分布的状态。
2.原子排列非晶合金材料中的原子排列十分混乱，呈现出无序杂乱的状态。
这种无序排列的状态决定了非晶合金材料的结构性能。
3.晶籽非晶合金材料的制备过程中，通常会添加一些晶籽来促进其形成。
这些晶籽会在制备过程中作为定位核，帮助原子排列形成无序组态。
三、非晶合金材料的力学性能1.硬度非晶合金材料具有较高的硬度。
这是因为在其无序物质结构中，原子之间没有明显的排列方式。
同时，非晶合金中还存在许多微观杂质，这些因素都导致了非晶合金材料具有较高的硬度。
2.强度非晶合金材料具有较高的强度。
这是由于其内部结构杂乱无序，使得晶体学的滑移和同晶界的移动受到极大限制。
这导致了材料的内部合金成分得以以更高的浓度存在于体积中，从而增强了其强度。
3.韧性由于非晶合金材料的内部结构杂乱无序，使其具有一定的塑性。
相比于晶体材料，非晶合金材料具有更好的韧性和抗拉伸损伤性能。
四、结论非晶合金材料因其特殊的微观结构和性能具有广泛的应用前景。
目前，人们正在通过各种手段不断提高其制备工艺，以探索更多潜在的应用领域。
在未来，非晶合金材料有可能成为重要的结构材料，将会得到更为广泛的应用。