大块非晶合金的研究进展.pdf

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1、1大块非晶合金的研究进展RecentDevelopmentofBulkAmorphousAlloys熊玉华李培杰曾大本(清华大学机械工程系北京100084DXIONGYu-huaLIPei-jieZENGDa-ben(TsinghuaUniversityBeijing100084ChinaD摘要:回顾了大块非晶的发展历史~形成机制~制备及应用前景并特别介绍了密度最小~比强度最高的镁基大块非晶合金的研究进展G关键词:大块非晶合金;玻璃形成能力;形成机制;制备;应用前景中图分类号:TB484.5文献标识码:A文章编号:1001-4381(2002D10-004

2、3-05Abstract:Thedevelopmenthistoryformingmechanismspreparationandusefulcharacteristicsthataresuperiortothoseforthecorrespondingcrystallinealloysandapplicationpotentialofbulkamor-phousalloyswerereviewed.AdditionallytherecentdevelopmentofMg-basedamorphousalloyswasspeciallyintroduced

3、.Keywords:bulkamorphousalloys;glassformingability;formingmechanisms;preparation;appli-cationpotential随着人类认识的发展和技术的进步从20世纪如铁基~钴基和镍基合金的R达104K/sPd-Ni-P和c250年代涌现了若干新型非晶态材料包括非晶合金~Pt-Ni-P的Rc达10K/sG20世纪80年代初非晶半导体~非晶超导体~非晶离子导体和有机高分PerepeZko等[5]证实了非晶形成的临界条件不是冷却子玻璃等G其中非晶合金中原子的混乱排列情况类似速率本身而是

4、取决于过冷液体达到亚稳态的程度G于玻璃故又称为金属玻璃G金属玻璃可由多种工艺近年来人们在研究具有很强的非晶形成能力的大块制备所有这些工艺都涉及将合金从液态或气态快速非晶方面取得突破性进展发现了具有极低临界冷却凝固凝固过程非常快以致将原子的液体组态冻结下速率的多组元合金系列如Mg基~Zr基~Fe基~Pd来[1-3]基~Ni基和Co基等如图1所示G其中t为可形成G它们在热力学上处于介稳状态在晶化温度以maI上即可克服一定大小的能垒而转变成晶态G玻璃的最大厚度从几毫米增加到100毫米G从图1非晶合金具有独特的无序结构兼有一般金属和还可以看出R越小t则越大G约化玻

5、璃转变温度cmaI玻璃的特性因而具有独特的物理化学和力学性能GTLTLg=(Tg为玻璃化温度Tm为熔点D大于0.6大块非晶因其尺寸较大使得非晶合金许多优异的特Tm最高可达0.73G性充分发挥出来因此成为十分诱人的研究领域G本[67]首先发现Mg-Cu-Y和1989年A.Inoue等工作将介绍大块非晶合金的研究及应用并特别介绍La-Al-TM(TM=NiCuFeD系列存在明显的过冷了镁基大块非晶的研究进展以期为进一步的深入研液相区!T为晶化温度DG在一般情况I=TI-Tg(TI究提供依据G下玻璃形成能力(GlassFormingAbilityGFAD随1大块

6、非晶的发展历史!TI的增大而增大GZr基非晶Zr65Al7.5Ni10Cu17.5的[8]!TI为127K是当前报导的最大值G由于这些多组自1960年DuweZ等[4]首次采用快淬的方法得到元合金具有低的R和大的!T因此可通过配合控制cIAu70Si30非晶合金薄带以来人们主要通过提高冷却非均匀形核的凝固工艺直接从液相获得块状非晶G速率(2104K/sD的方法来获得低维非晶态材料这已利用低压铸造的方法将La55Al25Ni20合金制成非晶些低维非晶态材料至少在一个方向上的尺寸小于棒和板G加州理工学院".L.#ohnson研究组发现了100pm形状和尺寸限于

7、粉末~细丝状~薄带状或表临界冷却速率仅为1K/s的大块非晶合金成分系列面薄膜G由于受形状限制非晶合金许多优异的性能Zr-Ti-Cu-Ni-Be及Zr-Ti-Ni-Cu合金并用铸造方法没有表现出来G因此三维块体非晶合金的研制具有制备出重20kg直径100mm的Zr14.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0重要的实用价值GBe[9]G22.5大块非晶过去人们曾认为非晶合金不具有大的玻璃形成能力即它们需要很高的玻璃形成临界冷却速率RcZ易形成非晶G另外,合金元素对合金热稳定性也有影响GV,Ti,Hf,W,Mn等使AT减小,Mo,Nb,ICo,Cr等使ATI增大

8、,因GFA随ATI的增大而增大,因此适当添加Nb,Mo,Cr(一般