物理-多组元大块非晶合金材料的发现与进展
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。
3-非晶态合金
(稳定相)
（亚稳相）
(亚稳相)
E
A
晶
体
D
（稳定相）
E：结晶过程；C：非晶形成过程 ；D：非晶晶化过程
与结晶相比，非晶态形成过程有以下特点：
（1）从熔体中形成非晶态的过程是：ABC 即：过热熔体 过冷熔体 非晶固相
（2）非晶形成是亚稳相之间相互转变，即： 稳定过热液相 亚稳过冷液相 亚稳固相
晶体
非晶
3、电性能 与晶态合金相比，非晶态合金的电阻率显著增高
(2~3倍)，例如非晶态的Cu0.6Zr0.4合金的电阻率可 达 350cm ， 而 晶 态 高 电 阻 合 金 的 电 阻 率 仅 为 100cm左右。这是由于非晶态合金原子的无序排 列而导致电子的附加散射所致。
非晶态合金的电阻温度系数（ 1 d ）比晶态合金的
• 非晶态结构：原子排列没有周期性，即原子的排 列从总体上是无规则的（长程无序），但是，近邻 原子的排列是有一定规律的（短程有序）
晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱
晶态和非晶态材料的电子衍射图
晶体衍射花样
非晶合金衍射花样
2.亚稳定性
非晶态是一种亚稳态，其结构具有相对的稳定性，这种稳定 性直接关系非晶态材料的应用及使用寿命。
非晶合金发展及研究现状
• 1934年，德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。 • 1950年，布伦纳用电沉积法制备出了Ni－P非晶态合金。 • 1960年，DUWEZ等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃并开
始进行研究。
• 1969年，美国人庞德和马丁研究了生产非晶态合金带材的 技术，为规模生产奠定了技术基础。 1976年，美国联信公司生产出10mm宽的非晶态合金 带材，到1994年已经达到年产4万吨的能力。目前美国能 生产出最大宽度达217mm的非晶带材。 2000年9月20日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线 上成功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它 标志着我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。
Zr基大块非晶合金的制备及力学性能
文章编号:100622793(2002)0420056203Zr基大块非晶合金的制备及力学性能①孙剑飞1,2,陈德明1,沈 军2,梁立孚1,刘殿魁1(11哈尔滨工程大学,哈尔滨 150001;21哈尔滨工业大学,哈尔滨 150001)摘要:采用石墨坩埚电弧熔炼法制备了直径20mm、长90mm的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金;利用DSC和DTA测试了不同升温速度下非晶合金过冷液相区ΔT x和约化玻璃温度T r,分析了约化玻璃温度T r值与非晶形成能力间的关系;力学性能测试结果表明,该非晶合金具有远高于相关晶态金属的抗拉强度(1808MPa)、抗弯强度(3700MPa)、维氏硬度(580)以及良好的弹性(E=98GPa),并从微观结构角度对非晶态合金的优异性能机制进行了初步分析。
关键词:大块非晶合金+;制备;约化玻璃温度+;力学性能中图分类号:TG14 文献标识码:APreparation and mechanical properties of Z r41.2Ti13.8 Cu12.5Ni10B e22.5bulk amorphous alloySUN Jian2fei1,2,CHEN De2ming1,SHEN J un2, L IAN G Li2fu1,L IU Dian2kui1∥11Harbin Engineering U2 niversity,Harbin 150001,China;21Harbin Institute of Tech2 nology,Harbin150001,China1Abstract:Bulk amorphous Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5alloy up to 20mm in diameter and90mm in length was prepared successfuly by using graphite crucible in arc melting process1Thermal analysis with DSC and DTA was made to show the effect of heating rate on supercooled liquid regionΔT x and the relationship between reduced glass transition temperature T r and glass forming ability of alloys illustrated1Tests of mechanical properties for the bulk amorphous alloys show high tensile strength(1808MPa),high flexural strength(3700MPa),high Vickers2hardness(580)and good elas2 ticity(E=98GPa)1The mechanism governing the excellent prop2 erties from the point of view of microstructure is analyzed1K ey w ords:bulk amorphous alloy+;preparation;reduced glass transition temperature+;mechanical property1 引言大块非晶合金因其独特的微观结构,具有晶态合金所无法比拟的机械性能,如高强度、高硬度、高弹性、高的断裂韧性与耐蚀、耐磨性,在航天、航空领域具有巨大的潜在应用前景。
非晶合金 (1)
1)硬球无规密堆模型
非晶态材料是由晶粒非常细小的微晶组成，大小为十几 至几十埃（几个至十几个原子间距），如图3所示。这样晶粒内的短程有 序与晶体的完全相同，而长程无序是各晶粒的取向杂乱分布的结果。这种 模型的优点是可以定性说明非晶态衍射试验 的结果，比较简单，有通用性，但是从这种 模型计算得到的径向分布函数或双体关联函 数与实验难以定量符合，而且晶粒间界处的 原子分布情况不清楚。当晶粒非常微小时， 晶界处原子数与晶粒内原子数可能有相同的 数量级，不考虑晶界上原子的分布情况是不 合理的。 图3 非晶态的微晶模型 这类模型认为非晶态金属结构的主要特征是原子排 列的混乱和无序，即原子间的距离和各对原子间的夹角都没有明显的规律 性，如图4所示。这类模型强调的是无序，把非晶中实际存在的短程有序
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。
12
依制备过程不同呈几微米至几十微米厚的簿片、薄带或细丝。熔融母 合金的冷却速率决定了所得合金样品的非晶化程度。通过调节铜辊转 速，随着冷却速率的增加，合金逐渐由晶态向非晶态过渡，当达到一 定冷却速率时，得到完全的非晶态金属合金。采用此法制备的非晶态 合金通常具有高强度、高硬度、高耐蚀件和其他优异的电磁性能。 ③ 由晶体制备 通过幅照、离子注入、冲击波等方法制备。高能注入的 粒子，与被注入的材料的原子核及电子碰撞时，发生能量损失，因此 离子注入有一定的射程，只能得到薄层的非晶。激光或电子束的能量 密度较高(100kw/cm2)，可使幅照表面局部熔化，并以 4×l04~5×106K/s的冷却速率，如对Pd91.7Cu4.2Si5.1合金，可在表面 产生400μm厚的非晶层。
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。
浅谈大块非晶的研究概况
浅谈大块非晶的研究概况作者：李欣来源：《职业》2011年第13期摘要：大块非晶合金材料由于没有晶体的各向异性的特殊结构，因而具有优异的性能以及广阔的应用。
本文分析了大块非晶的研究意义，列举了大块非晶研究的成果以及目前的状况，并指出了大块非晶在理论研究和实际应用中亟待解决的问题。
关键词：大块非晶合金非晶形成机制非晶合金性能大块非晶合金材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型先进金属材料。
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，因此具有高的导磁率、低的损耗，是优良的软磁材料。
从1988年首次用普通铸造方法成功获得大块非晶合金以来，短短的十几年对大块非晶合金的研究和开发，从完全非晶到非晶/纳米晶复合，到非晶/强化相复合，再到当今的非晶/强化相/纳米晶复合，发展极其迅速且成果累累，所以大块非晶及其晶化的研究仍然是21世纪世界各国科学家的热门课题。
一、对大块非晶的研究在理论和应用上都有重要意义首先，大块非晶体系是一些全新的多组元体系，其合金熔体具有极大的热力学过冷度，过冷液体的动力学行为类似于氧化物玻璃，这使得人们重新思考传统的非晶形成理论。
其次，大块非晶合金大都具有明显的玻璃转变和宽的过冷液相区，这为深入研究非晶合金的玻璃转变特征和过冷液态的结构和物性提供了理想材料。
在应用上，由于非晶合金具有独特的无序结构，兼有一般金属和玻璃的特性，因而具有独特的物理化学和力学性能，适合于制造电子器件、磁性器件等，在航天航空、汽车、精密制造等领域有着广泛的应用前景。
历史上首次报道的成功制备出的非晶合金是在1934年由Kmer用蒸发沉积的方法获得的。
作为一个全新的事物以及当时实验条件的限制，人们对它的认识还比较模糊。
1954年Buckel用真空镀膜法制出Bi-Ga超导非晶薄膜。
至此对非晶的研究已激发了许多材料工作者的极大兴趣。
关键性的突破是在1969年H.S.Chen等用轧辊法一次可以做出供实验研究的非晶薄带，厚约30pm，宽几个mm，长可达几十米。
非晶合金材料
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。
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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，使腐蚀液不能入侵。 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。
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
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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
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Zr-Al-NiP 和 Pd-Cu-Ni-P 非晶合金的ΔTx 的值超过100K
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块状非晶合金的制备与性能
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、
当温度升高时，必然有向低能量转化的趋 势，产生晶化。
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非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳定， 不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变为 非晶态
非晶合金材料发展趋势及启示
非晶合金材料发展趋势及启示摘要：金属材料的发展与人类文明和进步息息相关。
非晶合金材料是一类原子结构长程无序，具有独特优异性能的新型金属材料。
近年来，非晶合金材料的研发、相关科学问题的研究、在高新技术领域的应用得到快速发展，并对金属材料的设计和研发、结构材料、绿色节能材料、磁性材料、催化材料、信息材料等领域产生深刻的影响。
为此，文章在回顾非晶合金材料研究和研发历史过程的基础上，分析了当前其学科的前沿科学问题、发展方向，以及我国在该领域发展的问题、机遇和挑战，并提出相应的启示和建议，以期为加快新金属材料的发展，特别是在高新技术领域的应用提供管窥之见。
金属材料与人类万年文明发展史息息相关，金属材料的开发和使用，往往成为划分人类不同文明时代的里程碑，如青铜时代、铁器时代、钢铁时代等。
每次金属材料的发展都会极大地推动人类社会文明和生产力的巨大进步。
非晶合金是近几十年来通过现代冶金新技术——快速凝固技术和熵调控理念——抑制合金熔体原子的结晶，保持和调控熔体无序结构特征而得到的一类新型金属材料，也称金属玻璃，或液态金属。
这种材料是通过调制材料结构“序”或“熵”这一全新途径和理念而合成的，兼具玻璃、金属、固体、液体等物质特性的新金属材料；其颠覆了传统金属材料从成分和缺陷出发设计和制备的思路（图1），突破金属材料原子结构有序的固有概念，把金属材料的强度、韧性、弹性、抗腐蚀、抗辐照等性能指标提升到前所未有的高度，改变了古老金属结构材料的面貌。
非晶、高熵等无序合金在基础研究和技术应用中已表现出重要意义和战略价值，在能源、信息、环保节能、航空航天、医疗卫生和国防等高新技术领域发挥着愈加重要作用。
无序合金领域的基础研究将继续推动材料科技革命和对材料行为的更深入理解，并能产生新的材料设备和系统。
图1非晶合金等无序材料探索途径和传统晶态材料探索途径的比较1非晶合金材料的研发态势及进展1.1非晶合金研发态势非晶合金材料的研发出现过4次高峰，已研发出铁、铜、锆和稀土基等近百种非晶合金体系。
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物理
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种类的非晶合金 (又称金属玻璃) ,积累了非晶 合金材料在科学和工程方面的大量数据 ,非晶 合金在不少领域得到应用. 但由于非晶合金的 形成需要大于 106 K/ s 的冷却速率 ,使得形成的 合金呈很薄的条带或细丝状 ,因而限制了这类 材料的应用范围. 80 年代发展起来的机械合金 化 、固相反应等制备非晶合金的新方法虽有利 于人们对非晶合金形成机制的理解 ,但也没有 根本解决这一难题[3 ] . 几十年来寻求具有很强 非晶形成能力 、制出大块状非晶合金一直是非 晶物 理 领 域 内 科 学 家 们 追 求 的 目 标. Turn2 bull[4 ]根据经典形核理论提出了评估非晶形成 能力的方法 ,他采用玻璃转变温度 Tg 与合金 熔化温度 Tm 的比值 T rg = Tg/ Tm ,即约化的 玻璃转变温度来描述合金系的非晶形成能力. 如果 Trg > 2/ 3 ,合金在过冷液区的均匀形核速 率变得很低 ,非晶相形成所需的临界冷却速率 就会变得很低 ,从而可获得大块状非晶合金. 实 践证明 ,这个参数较好地表征了合金的非晶形 成能力 ,对寻找新的非晶合金系起到了指导作 用. 90 年代以来 , Inoue[5 ]等人开始系统研究一 系列 多 组 元 合 金 族 的 玻 璃 形 成 能 力 ( 简 称 GFA) . 他们采用金属模浇铸 ( metal mold cast2 ing) 方法系统评估合金转变成非晶合金的临界 冷却速率 ,从而获得了 La - Al - Ni - Cu ,Mg Y - Ni - Cu ,Zr - Al - Ni - Cu 等具有很强 GFA 的大块非晶合金体系 ,它们呈直径为 1 —10mm 的棒 、条状. 1993 年 ,Johnson 等人[6 ] 发现了迄 今为止非晶形成能力最好的 Zr - Ti - Cu Ni - Be 合金系. 它由常用金属元素组成 ,其形 成能力接近传统氧化物玻璃 ,非晶合金直径最 大达十多厘米 , 重达 20 多公斤 , 冷却速率在 1 K/ s 左右 ,大大低于非晶急冷法 106 K/ s 的冷 却速率. 其制备工艺简单 ,合金性能优异 (如高 强度 、抗腐 、延展性好等) ,具有很大应用潜力. 多组元大块非晶合金还具有热稳定性高 、过冷 液区很宽的特点 ,在基础研究方面也具有重要 意义. 因此在国际上引起了广泛的重视 ,被认为 是具有广泛应用前景的新型材料. 这类非晶合 金的发现也是对非晶物理研究的复兴. 下面介
关键词 大块非晶合金 ,非晶形成能力 ,物性 ,应用前景.
THE D ISCOVERY AND DEVELOPMENT OF NEW MUL TICOMPONENT BUL K AMORPHOUS ALLOY MATERIALS
Wang Weihua Wang Wenkui
( Instit ute of Physics , The Chi nese Academy of Sciences , Beiji ng 100080)
Key words bulk amorphous alloys ,glass forming ability ,physical properties ,application po2 t e ntialit y
人类很早就利用非晶态材料 ,如玻璃. 很多 生物体也是非晶材料或由非晶相组成. 但非晶 合金是 60 年代才发展起来的. 1958 年 , Turn2 bull 等人讨论确定了液态过冷到玻璃态的影 响 ,揭开了非晶合金研究 的 序 幕[1 ] . 1960 年 , Duwez 等人[2 ]采用熔体快速冷却的方法 (急冷 法) 首先制得 Au - Si 非晶合金. 非晶合金由于
获得不同成分均匀的柱状大块非晶合金 (直径 为 Φ = 10 —60mm ,长 100 —500mm) . 113 掺杂 、替换法
利用掺杂 、替换非晶合金中的某些组元的 方法 ,可在原非晶合金基础上获得热稳定性更 佳的 、强度更高的多组元非晶合金及大块纳米 晶合金[8 ] .
从以上制备大块非晶合金的 3 种方法来 看 ,其工艺很简单 ,与一般合金的制备方法相 近 ,而且所选用的金属元素为常悬浮熔炼得到铸锭. 这些铸锭
被粉碎装入石英玻璃管中 ,充入高纯 Ar 后封 装 ,在炉中使铸锭再熔化 ,混合均匀 ,然后水淬.
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27 卷 (1998 年) 7 期
绍新一代多组元新型大块非晶合金材料的制备 方法 、优异的物理性能 、热稳定性 、应用前景及 在基础研究方面的意义 ,并对这类大块非晶合 金的极强的非晶形成能力和形成机制进行探 讨 ,对这一研究领域的最新进展作较详细的介绍.
1 制备方法
111 金属模浇铸方法 图 1 是金属模浇铸法的示意图. 高纯度的
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其独特的无序结构 ,兼有一般金属和玻璃的特 性 ,因而具有独特优异的物理性能. 70 年代到 80 年代 ,非晶合金的研究在学术及应用上都是 非常活跃的领域 ,人们得到了很多不同体系和
3 1997 - 09 - 27 收到初稿 ,1997 - 10 - 27 修回 1) 燕山大学材料工程学院兼职教授
Abstract The formation ,physical properties ,application potential and scientific significance of new multicomponent amorphous alloy materials are described. The origin of t he excellent metallic glass forming ability of t hese amorphous alloys are explained. Latest research developments in t he field are introduced.
100 Hz 10 - 3 g0 ,不超过该标准时将允许存在. 日本以新的大推力 H - 2 火箭 ,于 1995 年
3 月 18 日 发 射 了 实 验 平 台 SFU ( space flyer unit) ,1996 年 1 月 13 日由美国航天飞机捕捉 , 1 月 20 日在肯尼迪空间中心回收 ,在 1997 年 3 月公布的“实验报告”[4 ]上 ,刊出了平台的微重 力测量数据. 日本认为 SFU 较美国航天飞机舱 内环境质量要好些. 实际上无人飞机平台一般 较载人的要好.
组元元素 (纯度为 99199at . %到 9919999at . % 的块状或粉末) 按所需要的原子成分配比 ,在高 真空下熔融 ,混合均匀. 再浇铸到用水冷却的铜 模内 ,即得到所需的形状的大块非晶合金. 在制 备的每一环节 ,精确测定样品的重量 ,样品的损 失少于 011 % ,因而实际合金的成分与配比成 分的差别可忽略不计. 这种方法可制备直径最 大达十多厘米 ,重达几十公斤的非晶合金[7 ] .
物理
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Zr41 Ti14Cu1215Ni10 - x Be2215 C x ( x = 0 , 1) 合金的 DBC 曲线. 如图 3 所示 ,它们的 DSC 曲线在晶 化前都有一个很宽的吸热峰. Zr41 Ti14Cu1215Ni10 Be2215非晶合金的过冷度为 60 K ,掺碳的合金的 热稳定提高 ,过冷液区拓宽至 90 K. 有的合金系 如 Zr65Al715Ni10Cu1715的过冷液区高达 127 K. 在 过冷液区域内 ,其合金的液态结构性能基本不 变 ,但粘滞性已接近固态 ;
参考文献
[ 1 ] 胡文瑞 ,物理 ,25 (1996) ,453. [ 2 ] 林兰英 、柯俊 、马俊如主编 ,中国微重力科学与空间实
验 ———首届学术讨论会论文集 ,中国科学技术出版社 , (1988) . [ 3 ] 王景 涛 , 微 重 力 应 用 导 引 , 中 国 科 学 技 术 出 版 社 , (1988) . [ 4 ] 日本宇宙科学研究所 , SFU 实验报告 ,日本宇宙科学 研究所报告 ,特集第 35 号 , (1997) ,73.
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图 2 非晶合金的临界冷却速率与其约化 温度 T g/ T m 的比较图
新型大块非晶合金有如下特性 : (1) 至少有 3 个组元 (一般为 5 个) ,这些组 元都为普通金属元素. 但所有这些非晶合金都 可 表 示 为 伪 三 元 的 合 金 , 即 ETM1- x - y L T M xS M y ,其中 E T M 是前过渡族元素 ,如 Zr , Ti ,Nb , Y ,La , L TM 为后过渡族元素 , 如 Fe , Co ,Ni ,Cu , S M 是简单元素 ,如 Be ,Al ,Mg 等. 成分选择在其相图的深共晶点附近 ; (2) 这些组元之间具有较大的原子结构尺 寸差 ,其中 3 种主要组元的尺寸差大于 12 % ; (3) 组元之间具有负的混合热 ,其主要组元 之间具有较大的负混合热 ; (4) 具有很宽的过冷液区. 即 Δ T = Tx Tg 值很大. 图 3 是未掺碳的和掺有 1at . %碳的
新型多组元大块非晶合金材料的发现与研究进展 3
汪卫华 王文魁1)
(中国科学院物理研究所 ,北京 100080)
摘 要 叙述了新一代多组元新型大块非晶合金材料的制备方法 、优异的物理性能 、应用前景及 在基础研究方面的意义. 对这类大块非晶合金的极强的非晶形成能力的原因和形成机制进行了探讨. 对 这一研究领域的最新进展作了较详细的介绍.