非晶合金介绍
什么是非晶合金
什么是非晶合金物质就其原子排列方式来说，可以划分为晶体和非晶体两类。
有些物质里面的原子排列是整齐有序的，就象阅兵式上的士兵，这叫做晶体，比如食盐、钻石、普通的钢铁就是这样。
也有些物质的原子排列是混乱的，就象一堆钢球的混乱堆积，这叫做非晶体，比如液体、气体、玻璃、塑料等。
对于金属材料来说，通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体（例如炼钢后的钢水凝固成钢锭）时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。
因为只有这样，其结构才最稳定。
但是，如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这非晶合金。
非晶合金原子的混乱排列情况类似于玻璃，所以又称为金属玻璃。
什么样的物质能够制造成非晶呢？从理论上说，任何物质主要它的液体冷却足够快，原子来不及整齐排列就凝固，那么原子在液态时的混乱排列被迅速冻结，就可以形成非晶。
但是，不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。
例如，普通的玻璃只要慢慢冷却下来，得到的玻璃就是非晶态的。
而单一的金属则需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。
由于目前工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，也就是说，普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。
为了获得非晶态的金属，一般将金属与其他物质混合。
当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后，就形成了合金。
这些合金具有两个重要性质：A、合金的成分一般在冶金学上的所谓“共晶”点附近，它们的熔点远低于纯金属，例如FeSiB合金的熔点一般为1200度以下，而纯铁的熔点为1538度；B、由于原子的种类多了，合金在液体时它们的原子更加难以移动，在冷却时更加难以整齐排列，也就是说更加容易被“冻结”成非晶。
有了上面的两个重要条件，合金才可能比较容易地形成非晶。
例如，铁和硼的合金只每秒一百万度的冷却速度就形成非晶。
上，目前的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金，例如Fe-Si-B，FeNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。
非晶合金材料的研究与开发
非晶合金材料的研究与开发一、引言随着现代科技和工业的高速发展，材料科学作为基础学科正在越来越受到人们的关注。
作为材料科学领域中的一个重要分支，非晶合金材料的研究与开发已经成为当前材料科学研究的一个重要热点。
二、非晶合金的定义和特点1. 定义非晶合金又称为非晶态金属，在组织结构上为无序胶团结构，是介于晶体和无定形物质之间的一类材料。
2. 特点非晶合金与传统金属材料相比，具有以下几个显著的特点：（1）高强度：非晶合金的结构紧凑，强度高于多晶金属。
（2）高韧性：非晶合金比传统晶体金属具有更好的韧性。
（3）耐腐蚀性好：非晶合金的化学稳定性较好，对一些腐蚀介质的抗蚀性比传统金属材料更为优异。
（4）良好的磁性能：由于其结构的特殊性质，非晶合金具有良好的磁性能，特别是软磁性能。
三、非晶合金的研究和开发现状1. 发展历程非晶合金的研究可以追溯到20世纪60年代初，当时沉淀相法、溅射法、快速凝固法等技术已经用于合成非晶合金材料。
此后，随着化学合成技术和物理制备技术的不断提高，非晶合金不断得到了改进和提升。
目前，非晶合金已经成为一种发展前景广阔的新型工业材料，得到了广泛的应用。
2. 发展潜力随着科技和工业的不断发展，非晶合金的应用将会越来越广泛。
在电子信息、航空航天、汽车制造等领域，非晶合金都有着巨大的潜力。
特别是随着5G、人工智能等技术的不断推广，更多的机会将会出现。
3. 研究方向目前，国内外的研究机构和企业都在积极地推动非晶合金的研究和开发，主要的研究方向包括：（1）新型非晶合金材料的研究：随着科技的发展，不断有新型非晶合金材料被发掘和制备。
这些新型材料具有更好的物理和化学性能，应用前景更为广阔。
（2）非晶合金的制备技术研究：非晶合金的制备是非常关键的一个环节，目前的主要制备技术包括沉淀相法、溅射法、快速凝固法等。
在这些技术的基础上，人们不断探索和研究新的制备技术。
（3）非晶合金的应用研究：现在非晶合金的应用还比较有限，主要应用在一些特定领域，如硬盘读写头、汽车零部件等。
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。
非晶合金材料
非晶合金材料
1非晶合金材料
非晶合金是极为复杂的材料，在结构和性能上拥有不可比拟的特点。
非晶合金由众多不同特性的小粒子组合而成，其成份结构决定了它们的应用及性能。
非晶合金以金属组织为基础，通过加入不同的碳元素等来改变一般金属组织的性质，以及有利于成形、对抗腐蚀等性能的出现。
由于这些特性，非晶合金被广泛应用在航空航天、汽车、船舶及机械行业等领域中。
它们在高温下可以维持其强度和稳定性，所以常用于复杂的热作业装置及需要高耐损的行业中，如电焊机、电动机、压缩机和汽车零部件等几乎所有地方都可以看到它的身影。
非晶合金材料一般具有少的内应力、良好的综合性能、良好的减磨性、难磨性等特点，可以满足精密加工和高要求的表面处理。
它们也可以用来制造复杂形状的刀具等，使得配备工装、采用自动化加工成为可能，大大提高了加工效率，推动了人类社会高新技术发展。
因此，研究非晶合金是一项极其重要的工作。
只有解决了这些问题，才可以真正将这种材料的优势发挥出来，才能为工业发展和人类的利益做出更大的贡献。
非晶合金 (1)
图1 各种材料性能对比
2
非晶态金属合金按组成元素的不同可分为以下两大类：
1)金属-金属型非晶态合金 这类非晶态合金主要是含Zr，如
Cu-Zr、Ni-Zr(或Pd、Ta、Ti)、Fe-Zr、Pd-Zr、Ni-Co-Zr(或Nb、Ta、 Ti)、Ni(和(或)Co)-Pt等。
2)金属-类金属型非晶态合金 这类非晶态合金主要是由过渡金
1)低温弛豫T ＜ Tg
调整，以降低系统的自由能，这称为低温弛豫。非晶合金在低温弛豫阶 段的扩散系数D远远大于温度高于Tg的扩散系数Dn；电阻率随温度升高 而增大；弹性模量增加。此过程也会影响非晶的性能，如Tb（铽）Fe2 薄膜，可通过此法，使磁矫顽力从8×103A/m增加至3×105A/m。 在适当条件下，会发生结构转变，向稳定的晶态过 渡，称晶化。有些晶化过程会出现另一些新的未知亚稳相和一系列过饱 和的固溶体，此时其稳定性比非晶要好，会改善某些性能。如铁基、镍 基、钴基非晶在刚达晶化温度时，可获得高强度的微晶。
3)均匀性和各向同性
(2)非晶合金的结构模型
Bernal发现无序密 堆结构中仅有五种不同的多面体组成，如图2所 示，其中四面体和正八面体也存在于密排晶体 中。三棱柱、阿基米德反棱柱、十二面体，则 是非晶态所特有的结构单元。但是，没有一种 实际的非晶态合金可以看做由硬球组成，或只 含有一种原子。进一步考虑两种或更多组元及 化学性质因素，提出松弛的无规密堆结构模型。 图2 非晶态的五种结构 从而可解释非晶合金的某些性能，如弹性、振 a) 四面体;b)正八面体;c)三棱柱;d) 动、某些合金的磁性等问题。 阿基米德反棱柱;e)十二面体13(2)非晶合金的形成条件
称玻璃化温度，一般定义过冷液体冷却到Tg温度以下，它 的粘度达到1012Pa· s时就为非晶态。不同的冷却速度，会有不同的非晶结 构，因此Tg本身与冷却速度有关。△Tg=Tm-Tg (Tm为熔点)，△Tg越小，获 得非晶的几率越高。
非晶合金
2.优良的磁性；与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无 序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的磁导率、低的损耗， 是优良的软磁材料。
3.简单的制作工艺；与传统的钢铁制备相比，非晶合金的制造是在炼钢 之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，工艺大大简化，节约了大量 宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。
(３)较窄的熔化温度范围, 较短的熔化时间,良好的 瞬间流动性
(２)成形性好、韧性好
制备的非晶合金的厚度可以 达到几十微米,使得小间隙 焊接变得可行,适用于一些 精密零件的焊接.
(４)在力学性能方面表现 出其优异性.
Ni基非晶钎料
• Ni基非晶钎料具有良好的高温强度和抗氧化，耐腐蚀性能 。可用于航空，航天领域用的各种高温合金焊接，不锈钢 与碳钢等的钎焊。 • 与普通Ni基钎料相比，快速凝固过程解决了由于元素相互 作用产生的脆性金属间化合物带来的钎料变脆问题。同时 ，由于这类钎料在使用时不需要粘结剂和助熔剂，焊缝不 存在粘结剂的污染，可获得较好的力学性能。 • BUT 由于Ni非晶态合金的制备过程中需要对成分含量及 工艺参数等进行精确控制，对Ni非晶带材的制备提出挑战 ，限制了研究。
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三、制备方法
方法：
1.水淬法，2.铜模吸铸法，3.铜模喷铸法，4.甩带，5.定向凝固，6.粉 末冶金，7.高能球磨等
举两个例子： a.水淬法 水淬法是在真空（或保护气氛）中 使装在石英管中的母合金加热熔化，然 后连同石英管一起淬入流动的冷水中， 以实现快速冷却。 b.铜模铸造法 制备时将纯金属原料或中间合金锭 在坩埚中熔化后， 将熔体从坩埚中吸 铸到水冷铜模中，利用铜模良好的散热 能力，将合金熔体凝固成一定尺寸的大 块非晶制品。金属原料或母合金的熔化 可以采用感应加热法或电弧熔炼方法。
非晶合金 (1)讲解
2)均匀性和各向同性 非晶合金的均匀性也包含两种含义：①结构均
匀 它是单相无定形结构，各向同性，不存在晶体的结构缺陷，如晶界、
孪晶、晶格缺陷、位错、层错等；②成分均匀 无晶体那样的异相、析
出物、偏析以及其他成分起伏。
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3)均匀性和各向同性 在熔化温度以下，晶体与非晶体相比，晶体的
自由能比非晶体的自由能低，因此非晶体处于亚稳状态，非晶态固体总有 向晶态转化的趋势。这种稳定性直接关系到非晶体的寿命和应用。
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合金各组元的尺寸相差大，一般原子尺寸差10％~20％的系统，形成 非晶的范围都比较宽，形成非晶容易。原子间的电负性差越大，交互作用 越强并可导致形成金属间化合物。金属和类金属原子间的交互作用很强， 故非晶合金中常包含有类金属元素。
(3)非晶态合金系
1)过渡金属-类金属系(TL-M系)后过渡金属元素 包括周期表中
我国现在正致力于大块非晶合金的研究和开发，并在非晶形成的机理 方面取得了长足的进步。根据相关机理，采用吸铸法已制备出直径达 30mm的Zr基非晶合金，而对Pd–Ni-Cu-P的尺寸已达72mm。
我国还制定了非晶态金属的国家标准，包括28个牌号，初步形成系列
化和标准化。
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新型非晶态材料不断涌现，如快冷铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、 铁合金、镍合金、钴合金、快冷金属间化合物、快冷零维材料、快冷高Tc 超导材料等。到目前为止，我国已生产出大量漏电开关，用非晶合金系列 制作了小功率脉冲变压器和500kV大功率变压器，并将非晶合金应用到磁 头、磁放大器、磁分离、传感器、电感器件、磁屏蔽等方面。
化学性质因素，提出松弛的无规密堆结构模型。 图2 非晶态的五种结构
从而可解释非晶合金的某些性能，如弹性、振 a) 四面体;b)正八面体;c)三棱柱;d)
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非晶合金介绍
发布时间：2012-9-22 阅读次数：139 字体大小: 【小】【中】【大】
铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)
铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70%。
铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使用
由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。
这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。
由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。
在以往数千年中，人类所使用的金属或合金都是晶态结构的材料，其原子三维空间内作有序排列、形成周期性的点阵结构。
而非晶态金属或合金是指物质从液态（或气态）急速冷却时，因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列的凝聚状态，其原子不再成长程有序、周期性和规则排列，而是出于一种长程无序排列状态。
具有铁磁性的非晶态金合金又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃，为了叙述方便，以下均称为非晶态合金。
发展史
1960年美国Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态合金为始。
其间，非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段：第一个阶段从1967年开始，直到1988年。
1984年美国四个变压器厂家在IEEE会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高潮，到1989年，美国AlliedSignal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力，全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行，所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。
从1988年开始，非晶态材料发展进入第二阶段。
这个阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明。
1988年日本日立金属公司的Yashiwa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金（Finemet）。
1988年当年，日立金属公司纳米晶合金实现了产业化，并有产品推向市场。
1992年德国VAC公司开始推出纳米晶合金替代钴基非晶合金，尤其在网络接口设备上，如ISDN，大量采用纳米晶磁芯制作接口变压器和数字滤波器件。
制作方法
1.水淬法
2.铜模吸铸法
3.铜模喷铸法
4.甩带
5.定向凝固
6.粉末冶金
7.高能球磨等
应用
在对非晶合金有了初步的了解后,我们在来看一下非晶合金的一个非常具有前景的应用领域——非晶变压器。
非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器，它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗（指变压器次级开路时，在初级测得的功率损耗）下降75%左右，空载电流（变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流）下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。
中国的上市公司——置信电气从美国通用电气公司引进非晶合金变压器的专有技术后,通过消化吸收，自主创新开发了适合中国电网运行的非晶合金变压器系列产品,已经成为目前国内规模最大的非晶合金变压器专业化生产企业,这证明了非晶材料广阔的市场空间。
2006年开始，硅钢的大幅度涨价导致非晶价格甚至比硅钢还低；同时,其节能作用也由于对能源问题的重视而备受关注。
非晶带材由于具有更低的损耗率，在用于新型配电变压器时，可以起到很好的降低电耗的作用，随着中国变压器市场加快向非晶配电变压器发展，非晶带材的市场正在不断扩大。
目前全世界从事非晶材料生产的只有两家公司：中国安泰科技和日本日立金属公司。
日立金属是在2003年购买了美国AlliedSignal公司50%的权益后而进入非晶合金业务这一领域的。
2006年底,日立金属目前已经把非晶产能从原来的约3万吨扩展到了6万吨,这使日立金属在这个领域处于绝对垄断的地位。
安泰科技目前还处在追赶者的地位,但所幸的是安泰科技在追赶者中遥遥领先,因为除了日立金属和安泰科技外,世界上基本上没有第三家公司可以批量生产非晶带材的技术和工艺。
按照安泰科技刚刚开始的扩产计划,未来三年内,非晶产能也将扩展到5万吨。
一旦产能能够顺利扩展,未来非晶材料市场将只属于日立金属和安泰科技两家所有。