大块非晶合金形成的控制因素与制备技术
材料科学进展之块体非晶合金的制备、性能及应用
块体非晶合金体系形成的三个经验性准则:
(1) 体系至少要含有三个以上组元
比如锆基非晶合金的Zr-Al-Cu、 Zr-Al-Cu-Ni及 Zr-Al-Cu-Ni-Ti体系
(2) 三个主组元元素之间的原子尺寸差异在12%以上
比如锆基非晶合金的Zr-Al-Cu、 Zr-Al-Cu-Ni及 Zr-Al-Cu-Ni-Ti体系中，主组元Zr、Al及Cu的原 子尺寸差异就在12%以上
2.力学行为的最新研究结果
Pt57.5Cu14.7Ni5.3Pu22.5 BMG的应力~应变曲线（准静态压缩）、剪 切带密度 [Schroers J. Physical Review Letters 2004, 93: 255506]
Cu60Zr30Ti10 BMG及(Cu60Zr30Ti10)95Ta5复合材料的应力~应变曲线 （准静态压缩）、剪切带密度 [Lee J.C. Acta Materialia 2004, 52: 1525~1533]
五.块体非晶合金的性能
1.高强度及高弹性，但高的脆性（在玻璃转变温度Tg以下）
Relationship between tensile strength and Young’s modulus for bulk glassy alloys. The data of crystalline metallic alloys are also shown for comparison. [Inoue A. Mate. Sci. Eng. 2004, 375-377A: 16]
玻璃体获得的条件
1969年，美国科学家D. Turnbull预言：“如 果将液体冷却得足够快及足够低，几乎所有的 材料都能够制备成非晶态固体”，即“玻璃形成
能力”几乎是凝聚态物质的普遍性质。
非晶材料的制备与控制
非晶材料的制备与控制非晶材料是指没有长程有序结构的材料，其结构非常复杂，特点是具有高度的均质性、高密度、高强度、高硬度、高熔点等优良性质，因此被广泛应用于电子、光电、机械、航空等领域，成为现代工业发展的重要材料之一。
非晶材料制备的方法很多，主要包括物理和化学两个方面。
下面将分别介绍这两个方面的制备方法和相应的控制技术。
一、物理制备方法1. 快速凝固法快速凝固法是通过快速冷却来制备非晶材料。
主要有玻璃淬火法、飞行时间法、溅射法、纳米线法等多种方法。
其中，玻璃淬火法是最早应用的制备方法，其具有制备成本低、制备时间短、适用性广等优点。
快速凝固法的优点是样品制备周期短，制备成本低。
但同时也存在一些问题，如玻璃淬火法需要用到大量的淬火剂，会造成对环境的污染。
2. 溶液淬火法溶液淬火法是利用一种溶剂来制备非晶材料。
主要有水热法、微乳液法、溶胶凝胶法等多种方法。
其中，水热法是最简单、最常用的制备方法。
溶液淬火法的优点是样品制备过程较为简单，制备环境友好，但其也存在一些问题，如对制备溶液组成、溶剂类型等要求较高。
3. 气相淀积法气相淀积法是通过气相化学反应来制备非晶材料，主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法。
其中，物理气相沉积法是最广泛应用的制备方法。
气相淀积法的优点是可以制备高质量、高纯度的非晶材料，但同时也存在一些问题，如气相淀积过程中需要高温和高压条件下进行，对设备的要求较高，制备成本也相应较高。
二、化学制备方法1. 溶剂热合成法溶剂热合成法是通过在高温下使原料在溶剂中反应而形成非晶材料，主要有水热法、溶剂热法等多种方法。
其中，水热法成本最低、适用性最广。
溶剂热合成法的优点是可以控制反应条件和反应时长来控制非晶材料的形成和性能，但同时也存在一些问题，如对反应温度和反应气氛等要求较高。
2. 软模板合成法软模板合成法是通过某种化学方法将一些有机分子（称为软模板）结合在一起，形成一个“模板”，而后再通过其他化学方法来制备非晶材料，主要有胶体晶体法、热分解法、模板导向法等多种方法。
非晶合金的制备和性能研究
非晶合金的制备和性能研究非晶合金是一种新型材料，由于具有诸如高硬度、高韧性、耐磨、耐腐蚀性等特点，在制造业等领域中得到了广泛应用。
本文将介绍非晶合金的制备方法和其性能研究的最新成果。
一、非晶合金的制备方法非晶合金的制备主要采用快速凝固技术。
所谓快速凝固，就是指将合金液体迅速冷却到过冷状态，以形成非晶态结构。
快速凝固技术可分为物理快速凝固和化学快速凝固两种方式。
物理快速凝固技术是指将熔融金属液体施加高压，喷射成薄丝或小珠状，然后用钨丝短时间加热薄丝或小珠状的金属，在快速冷却的同时形成非晶相。
物理快速凝固技术的主要应用领域是生产细丝和薄膜材料。
化学快速凝固技术是指将合金滴落到冷却的旋转金轮上，造成快速冷却，并形成非晶态结构。
振动、磁场和高能电子束等也可用于非晶合金的制备。
化学快速凝固技术通常用于制备厚度较大的非晶合金板材。
二、非晶合金的性能研究1. 硬度和耐磨性非晶合金的硬度高于传统晶体金属，但是塑性相对较差。
硬度的提高源于非晶合金的无序结构。
耐磨性是衡量非晶合金材料的重要性能之一，该特性直接决定其在使用过程中的耐久性。
一些研究表明，非晶合金的耐磨性不仅仅源于其硬度，也与结构的柔韧性有很大关系。
2. 耐腐蚀性非晶合金具有很好的耐腐蚀性，其抗腐蚀性能远远优于晶体金属。
这一点主要归功于其无序非晶结构，这种结构可以防止垂直于金属表面方向的腐蚀。
此外，在热腐蚀条件下，非晶合金仍可保持其高的耐腐蚀性能。
3. 热稳定性和热导率非晶合金的热稳定性通常比其它非晶态材料低。
热稳定性是非晶合金应用的一个限制因素，因为在一定温度下非晶合金会表现出重结晶和晶体化的现象。
热导率是非晶合金的另一个重要性能，由于非晶合金中的原子间距比较小，电子扩散距离短，因此有很高的电子迁移速率，从而使得非晶合金具有比传统晶体金属更高的热导率。
结论非晶合金作为一种新型材料，具有不同于传统晶体金属的物理和化学性质。
随着技术的进步，非晶合金的技术制备和性能研究已经取得了可喜的进展。
非晶合金的结构及调控机制
非晶合金的结构及调控机制在材料科学领域，非晶合金是一个备受研究的热点领域。
非晶合金是由多种元素组成的金属合金，在它的晶体结构中没有长程的有序性，也不具备明显的晶体结构特征。
而这种结构特点使得非晶合金具有许多优异性能及潜在应用价值。
然而，非晶合金的结构及调控机制仍然存在许多未知之处，需要我们不断探索和研究。
非晶合金的基本结构非晶合金的基本结构是无序的，它的原子排列没有明显的周期性。
这种结构也被称为玻璃结构或非晶态结构。
在这种结构中，原子之间的相互作用是无规律的，因此非晶合金具有很高的玻璃化转变温度和较好的抗腐蚀性能。
另外，许多非晶合金在玻璃转变温度下具有高度的弹性。
这意味着这些材料可在高应变条件下弹性地变形，而不像传统的晶体结构材料那样产生可塑性变形。
这种性质使非晶合金具有广泛的应用前景，例如在高度动态负载环境下的应用，如机械防弹衣等。
非晶合金的调控机制非晶合金的结构是由许多因素共同影响而成的。
这些因素包括材料元素成分、凝固速率、混合温度等。
通过调整材料成分、凝固速率和混合温度等因素，我们可以调控非晶合金的结构和性能。
材料成分材料成分是影响非晶合金结构和性能的关键因素之一。
硬度、强度、塑性和韧性等性能都与非晶合金的化学成分有关。
例如，当有些基体元素或合金元素含量超过一定界限时，非晶合金的玻璃转变温度会显著提高。
凝固速率非晶合金结构和性能也与其凝固速率密切相关。
凝固速率较高时，原子无法达到充分的排列有序，从而形成一个无序的非晶态结构。
反之，凝固速率较慢时，原子会排列成有序的晶体结构。
混合温度混合温度是指非晶合金形成的条件之一。
当原始材料混合时间和温度相同时，原子无法充分混合，形成有序结构。
而在合适的高温混合条件下，原子可以完全混合在一起，形成无序的非晶结构。
总之，通过调控非晶合金的成分、凝固速率和混合温度等因素，可以控制非晶合金的结构和性能。
这种结构调控机制，为我们深入研究非晶合金的制备和应用，提供了新的思路和方法。
非晶合金的制备和性能研究
非晶合金的制备和性能研究非晶合金是一种由金属和非金属元素组成的无序材料，以其独特的物理和化学性质而备受关注。
本文将探讨非晶合金的制备方法，以及其在力学、热学、电学和磁学方面的性能表现。
一、非晶合金的制备方法非晶合金的制备方法主要分为快速凝固法和物理气相沉积法两种。
1. 快速凝固法快速凝固法是将合金液体通过高速冷却的方式制备非晶合金。
其原理是在液态状态下，合金元素之间的结构无序，当冷却速度达到10^6 K/s时，凝固过程没有足够的时间来让元素按照有序的方式排列，从而形成非晶态结构。
常用的快速凝固方法包括单滴法、单轨法、旋转铜轮法等。
其中，单轨法是制备非晶合金的最常见方法。
它将液态合金向快速旋转的铜轮表面喷洒，高速冷却后形成非晶合金。
2. 物理气相沉积法物理气相沉积法是通过将金属原子和非金属原子蒸发到真空室中的基板上，从而形成非晶合金。
在物理气相沉积法中，合金元素被激发、蒸汽化和扩散，形成原子平均距离小于0.4nm的非晶薄膜。
常用的物理气相沉积法包括磁控溅射、电子束蒸发和激光蒸发等。
其中，磁控溅射是一种最常见的制备非晶合金薄膜的方法。
它是通过将钨或其他稳定材料加热至高温，使其蒸发形成粒径小于1nm的蒸汽，进而从靶材表面喷射。
二、非晶合金的力学性能非晶合金具有卓越的力学性能，如高强度、高硬度和高弹性模量。
这些优异性能的来源是非晶合金的无序结构。
非晶合金的无序结构使其具有高度地均质性和无显示的晶体位错。
这些特点使得非晶合金比传统晶态材料具有更高的强度和硬度。
此外，非晶合金还表现出高屈服强度和强塑性。
这些性能使得非晶合金成为耐磨、防腐、高强度和高弹性模量材料的理想选择。
三、非晶合金的热学性能非晶合金在热学方面的性能表现也十分出色，如低热膨胀系数、高热稳定性和高玻璃转移温度。
由于非晶合金的无序结构和较小的平均原子间距，它们通常具有较低的热膨胀系数，这使它们在高温应用中更加稳定。
此外，由于非晶合金的无序结构有助于抑制晶体生长，因此非晶合金具有更高的热稳定性。
非晶态合金的形成条件与制备方法
非晶态合金的形成条件与制备方法非晶态合金是一种特殊的材料，其具有非晶态结构和特殊的性能。
它的形成条件和制备方法是研究这一材料的重要内容。
一、形成条件非晶态合金的形成需要满足一定的条件，主要包括以下几个方面：1. 快速凝固条件：非晶态合金的形成需要在非常短的时间内将液态合金快速冷却到玻璃转变温度以下，使其无法发生晶化。
因此，需要使用特殊的快速凝固技术，如快速凝固法、溅射法、等离子体法等。
2. 成分设计：合金的成分对非晶态结构的形成起着重要作用。
一般来说，非晶态合金的成分应具有高浓度的合金元素，以增加原子间的相互作用，阻碍晶体的长程有序排列。
3. 合金元素选择：合金元素的选择也是形成非晶态合金的关键。
一般来说，合金元素应具有较大的原子半径不匹配度，以增加原子间的扭曲和不规则性，从而阻碍晶体的形成。
4. 冷却速度控制：非晶态合金的形成需要控制合金的冷却速度。
通常情况下，冷却速度越快，非晶态合金的形成越容易。
因此，需要采用合适的冷却方式和工艺参数，如快速冷却、淬火等。
二、制备方法非晶态合金的制备方法有多种，常用的方法包括以下几种：1. 快速凝固法：这是最常用的制备非晶态合金的方法之一。
该方法通过将合金液体迅速冷却，使其在非晶态温度范围内快速凝固。
常用的快速凝固方法包括冷轧、快速淬火、溅射等。
2. 溅射法：该方法是将合金靶材溅射到基底上，形成薄膜或涂层。
溅射过程中，由于原子的高能量状态和相互碰撞，可以使合金在非晶态条件下形成。
这种方法可以制备非晶态合金薄膜或涂层，具有广泛的应用前景。
3. 熔体淬火法：该方法是将合金加热到液态状态，然后迅速冷却至非晶态转变温度以下。
通过控制冷却速度和温度梯度，可以制备出非晶态合金。
这种方法适用于大块非晶态合金的制备。
4. 等离子体法：该方法是利用等离子体的高温和高能量特性，将合金加热到液态状态，然后迅速冷却。
等离子体法可以制备出高质量的非晶态合金，具有较好的工艺可控性和成品质量。
Ti基大块非晶合金的制备及性能研究
Ti基大块非晶合金的制备及性能研究Ti基非晶合金具有较高的抗拉强度和较强的非晶形成能力,具有良好的应用前景。
本文以Ti基合金为研究对象,设计Ti<sub>40</sub>Zr<sub>25</sub>Cu<sub>9</sub>Ni<sub>8</sub>Be<sub>18</ sub>块体非晶合金成分,对其非晶形成能力、热稳定性、晶化动力学、力学性能及元素掺杂对其性能的影响进行了较为系统的研究。
同时,利用一种新方法-相变制冷技术,制备了该成分的非晶合金,研究了该非晶合金的热力学、力学性能。
利用铜模冷却铸造工艺,制备了具有良好非晶形成能力的Ti<sub>40</sub>Zr<sub>25</sub>Cu<sub>9</sub>Ni<sub>8</sub>Be<sub>18</ sub>非晶合金。
再利用不同升温速率下的DSC数据对该非晶合金进行了晶化动力学研究,得到玻璃转变温度、各晶化峰温度等各种特征温度的激活能。
然后利用原位X射线技术,对非晶合金进行了晶化过程研究。
并利用单轴室温压缩法对非晶合金进行了力学性能研究。
研究了Y元素的加入对该非晶合金性能的影响。
Y元素含量为1%时,直径为3mm的棒状合金经XRD检测为非晶合金,当Y的加入量为2%时,合金样品稍有晶化,随Y含量的增多,合金晶化越来越明显,说明Y 元素的加入不能提高合金的非晶形成能力。
利用单轴室温压缩对Y元素含量为1%、2%、5%的合金进行了力学性能测试,并通过SEM对三种合金断裂样品及断口形貌进行了观察,研究发现,Y元素含量为1%时,呈非晶态,塑性应变为1%,类似于韧性断裂;Y元素含量为2%时,稍有晶化,无塑性应变,类似于准解理断裂;Y元素含量为5%时,晶化态,无塑性应变,类似于解理断裂。
大块非晶合金的几种常用的制备方法
大块非晶合金的几种常用的制备方法由于受非晶形成能力的限制，长期以来非晶合金主要以粉末，细丝，薄带等低维材料的形式使用。
大块非晶合金材料的出现是非晶合金材料制备技术的巨大进步，大块非晶合金材料常用的具体的制备方法有以下几种：1．氩弧炉熔炼法将各组分混合后利用氩弧炉直接炼制非晶制品。
此法只能炼制尺寸较小的非晶样品，且非晶样品的形状一般为纽扣状，不易加工成型。
另外此法对合金体系的非晶形成能力要求高，否则样品或样品的心部不能形成非晶，样品和坩埚直接接触的底部有时未完全熔化，可成为结晶相与成的核心，也易出现结晶相。
氩弧炉的熔炼温度很高，经常用于炼制前的混料过程，即首先用氩弧炉炼制出易形成非晶的合金，然后用其他快冷方法得到大块非晶合金。
2．石英管水淬法将大块非晶合金的配料密封在抽成真空的石英管中，加热后水淬冷却，获得大块非晶合金。
如果合金中有高熔点组成，可先在氩弧炉中混料制成合金后再封装到石英管中。
此法的优点是设备投资小，封装石英管的部门很容易找到，且易得到尺寸较大的圆柱形大块非晶棒。
缺点是每制备一次非晶样品均须封一次石英管，且淬火时石英管要被破坏。
石英管水淬法在非晶合金的科学研究中常用。
为提高淬火时的冷却能力，也可将试样封在不锈钢管中水淬，用这种方法也可制备出异型样品。
3．铜模铸造法此法是在加热装置的下方设置一水冷铜模，非晶合金组分熔化后靠吸铸或其他方法进入水冷铜模冷却形成非晶。
此法虽然要求有专门的设备，但由于冷速较高能制备较大尺寸的非晶样品，而且可用不同的模具制备出不同形状的非晶样品，也可制备形状复杂的非晶样品。
铜模铸造法，尤其是带有吸铸装置的，由于有这些优点而被广泛应用。
4．定向区域熔炼法定向区域熔炼法的冷却速度可由固液界面的移动速度和炉内的温度梯度的乘积来确定，这种方法要求用于制备非晶合金的原始材料在成分上是均匀的，且非晶形成能力较强。
能够用这种方法制备大块非晶合金意味着可以用连续的方法制备出大尺寸异形的非晶样品。
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大块非晶合金形成的控制因素与制备技术Con tro l Facto rs and M anufactu ring T echno logyof B u lk Am o rp hou s A lloys D evelopm en t司鹏程 饶雄 李细江 王健 张荻(上海交通大学国家教委高温材料及高温测试开放实验室)Si Pengcheng R ao X i ong L i X ijiang W ang J ian Zhang D i(Open L abo rato ry of State Educati on Comm issi onof Ch ina of H igh T em peratu re M aterials and T ests)[摘要] 综合评述了大块非晶合金形成的主要控制因素和提高玻璃形成能力的机制。
简介制备大块非晶合金的技术及其组织结构与性能特点。
提出进一步开展计算机辅助合金设计,以寻求具有极大玻璃形成能力的合金系统,采用铸造成型以促进实用化进程。
关键词 大块非晶合金 玻璃形成能力 控制因素 合金设计[Abstract] Som e con tro l facto rs and m echan is m s of glass2fo r m ing ab ility of bu lk am o r2 phou s alloys have been critically review ed1V ari ou s m anufactu ring techno logy and m icro structu re and m echan ical p roperties of bu lk am o rphou s w ere in troduced in b rief1R esearch ing fo r com pu ter aided alloy design of bu lk am o rp hou s alloy system s w ith ex trem ely h igh glass2fo r m ing ab ility and adop ting cast p rocess to facilitate p ractical app licati on s w ere p ropo sed1 Keywords bu lk am o rp hou s alloys glass2fo r m ing ab ility con tro l facto rs alloy design1 前言 自1960年首次采用喷枪法获得非晶态A u70Si30合金以来,在理论研究与工程应用方面已积累了大量资料[1～3]。
非晶材料包括非晶聚合物、无机非晶材料与非晶合金的广阔领域,其通性是物理、化学及力学性能的各向同性和随温度变化的连续性,在热力学上处于介稳状态,在晶化温度以上即可克服一定大小的能垒而转变成晶态。
组成非晶物质的分子、原子的空间排列不呈现周期性和平移对称性,即不存在长程有序,结构上无晶界与堆垛层错等缺陷,但它与理想气体的完全无序不同,呈短程有序,其尺寸应小于115±nm以区别于微晶。
由合金熔体连续冷却而获得的非晶固体也称为金属玻璃。
绝大多数的合金的玻璃形成临界冷速(R c)均在104～106K s范围内,因而三十多年来都是利用急冷技术获得低维的(厚度或直径≤100Λm左右)非晶材料,即形状和尺寸限于粉末状、细丝状、薄带状或表面薄膜。
为了克服非晶合金材料的形状和尺寸的限制,人们在近十余年来为制备大块非晶合金作了不懈的努力。
由于大块非晶合金的研制具有重大的技术与经济价值,作为特殊结构材料使用时具有优异的力学、物理与化学性能,例如大块非晶Zr2T i2Cu2Be合金系[4]具有高的屈服强度,大的弹性应变极限(约2%),屈服前基本上完全弹性,屈服时完全塑性,无加工硬化现象,高的疲劳抗力,耐磨性及耐蚀性等,是十分诱人的研究领域,然而在理论上和技术上又是相当困难的问题。
本文拟就获得大块非晶合金的形成条件与控制因素、制备技术与组织、性能及存在问题等进行分析和讨论,以期为进一步深入研究提供依据。
2 制备大块非晶合金的主要控制因素 探求象氧化物玻璃那样具有很大玻璃形成能力的大块非晶合金是材料研究者长期企盼的愿望,然而迄今关于大块非晶合金的成分设计在理论上和实践上尚未成熟,因而进展缓慢。
由于制备非晶合金粉末的技术早已发展,故许多研・3・究者多年来尝试采用非晶粉末在低于其晶化温度下进行温挤压[5,6]、温轧[7,8]、冲击(爆炸)固化[9]和高等静压烧结[10,11]等方法制备大块非晶合金,但存在不少技术难题,如非晶粉末的硬度总是高于晶态,因而压制性能欠佳,同时因添加粘结剂的影响而使压块密度偏低,获得的块状材料强度不高,几乎与旋淬法制备的非晶薄带相近,难以作为高强度结构材料使用。
有人[8]采用2100h 机械合金化(M A)制得的A l215at%C r合金粉末由非晶和残余晶体A l和C r组成,其平均硬度低于单相非晶态,随着压制压力的升高可达到相对密度94%,经加热到773K后转变为非晶态时密度也不降低。
但若先将M A法制得的粉末进行非晶处理而转变为非晶态再进行压制,则其压制性较差,使坯块强度下降。
非晶粉末的压制控制在玻璃转变温度T g和晶化温度T X之间使过冷合金熔体处在低粘度状态下进行时效果最佳。
由上述可见,通过粉末冶金(包括机械合金化)技术试图从非晶合金粉末制备大块非晶材料存在不少技术难题,制件的尺寸和形状仍将受到较多的限制。
为寻求从合金熔体以很低的冷却速率(如1～150K s)即可避过熔体的结晶而直接进入玻璃化转变,许多人试图找出具有很大玻璃形成能力的合金系统而作了大量试验,取得了一定进展,但在理论与实践上均未臻完善。
首先是根据经典形核理论,要降低结晶形核速率必须抑制非均质形核,即控制容器壁和 或其它外来相的非均质形核作用,降低均质形核的速率,达到最大的过冷度,从而提高玻璃形成能力。
具体技术措施可通过熔炼时提高过热温度(如达到熔点以上250K)、采用电磁悬浮熔化、无容器壁冷凝的落管技术、以B2O3溶剂包裹吸收熔体表面乃至内部的杂质使合金纯化以控制非自发形核的发生。
多年来研究较充分的是Pd40N i40 P20的合金[12～14],利用上述技术已获得直径为10mm的非晶锭子。
运用抑制非均质形核方法制取大块非晶合金时首先要求合金具有较高的玻璃形成能力,同时要求原材料纯度较高,因为杂质元素O,C,N的含量将大大影响熔体的结晶,R c随它的含量增加而增大[15],同时要求结净的设备环境,合理的加热保温与冷却规范及纯化技术。
将Pd40Cu30N i10P20合金经过B2O3溶剂纯化处理,可使其R c由1157K s降为01100K s,可通过石英管水淬获得直径达50～70mm的大块非晶材料[16]。
由此看来,寻求具有极高玻璃形成能力的大块非晶合金系统包括合理的组元和原子百分比是十分紧要的。
同时对非晶合金的形成条件和控制因素有必要进一步深入研究。
目前一般从热力学、动力学和合金系统的原子组成与结构因素来分析它们对合金的玻璃形成能力的影响[16]。
合金熔体冷却凝固时发生玻璃转变所要求的最小冷速称为玻璃转变临界冷却速度R c。
现有实验表明各合金系统晶化温度(T x)与玻璃转变温度(T g)间隔∃T x =T x-T g越大,则R c越小,见图1。
T g T M(T M为合金熔点)称为约化玻璃转变温度(也称比玻璃化温度),以T rg表示。
该值为一分数,随着T rg的增大R c减小,金属模铸时最大非晶相厚度则增大,见图2。
由以上可见∃T x 和T rg两项均是决定合金玻璃形成能力的重要参数,可以定性地认为只有∃T X和T rg同时达到较大值时才具有大的玻璃形成能力。
例如非晶合金L a55A l25N i20,M g65 Cu25Y10,Zr55A l20N25的∃3X最大值分别为69K,61K和77K,T rg的最大值分别为0168,0160和0162,均具有较高的玻璃形成能力。
若偏离这些成分,将导致合金系统∃T X和T rg值下降,即降低玻璃形成能力。
显而易见,这些合金系统是远远不够的,肯定还存在更多具有更大玻璃形成能力的合金系统有待开发。
图1 各种合金系统R C随∃T X增大而减小F ig11 R elati on betw een R C and∃T X fo r vari ous ternary alloys 3 提高玻璃形成能力的机理 为了制备大块非晶合金,其组成元素及原子百分比必须保证合金具有极低的玻璃形成临界冷速而获得极高的玻璃形成能力。
从热力学观点分析,它对应于液相转变为晶相时具有极低的Gibbs自由能差: ∃G L-X(T)=∃H F-T∃S F式中∃H F为熔化焓,∃S F为熔化熵。
T0为∃G L-X=0的温度,此时∃H F=∃S F T0。
∃H F和过冷液相与晶相的比热容与过冷度的关系∃C P L-X均可用微差扫描量热仪(D SC)进行测定[21],将过冷液相与晶相间的比热容差进行积分可计算出液 固相间的Gibbs自由能差∃G L-X(T)。
因・4・∃S F 与微观状态数成正比,可见多组元合金系可望获得大的熵变。
低的∃H F ,高的∃T X 和T rg 及高的液 固相界面能将导致低的化学位而使∃G L -X(T )降低。
合金组元数的增多无疑使∃S F 增值,原子稠密无序排列程度增大,有利于∃∋F 值的减小和液 固界面能的增大,因而具有大的玻璃形成能力的合金都是三个以上组元的合金系。
图3示出几个玻璃形成共晶合金的过冷液固相图2 各种合金系统R C 和金属模铸时非晶相最大厚度与T rg 的关系[4]F ig 12 C ritical co lling rate and m axi m um glass th ickness (m etal mo ld casting )fo r vari ous alloys vs 1T rg .1)N i ,2)Fe 91B 9,3)Fe 89B 11,4)T e ,5)A u 78Ge 14Si 8,6)Fe 83B 17,7)Fe 4115N i 4115B 17,8)Co 75Si 15B 10,9)Ge ,10)Fe 79Si 10B 11,11)N i 75B 8Si 17,12)Fe 80P 13C 7,13)P t 60N i 15P 25,14)Pd 82Si 18,15)N i 62N b 38,16)P 7715Cu 6Si 1615,17)Pd 40N 140P 20,18)A u 55Pb 2215Sb 2215,19)L a 55A l 25N i 10Cu 10,20)M g 65Cu 25Y 10,21)Zr 65Cu 1715N i 10A l 715,22)Zr 41T i 14Cu 1215N i 10Be 2215,23)T i 34Zr 11Cu 47N i 8Gibbs 自由能差与T g T M 的关系,可看出R C 小的合金的自由能差值小于R C 值大者,可定性认为晶化驱动力随大块金属玻璃形成能力的提高而降低,主要来自合金系较小的熔化熵,因熔化熵决定着熔点处自由能曲线的斜率[16]。