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1、第25卷第15期甘肃科技Vol.25No.152009年8月GansuScienceandTechnologyAug.2009大块非晶合金制备技术进展骆重阳,杨红,刘桂年(兰州石化公司研究院,甘肃兰州730060)摘要:介绍了大块非晶合金的制备方法,并从成分结构条件等方面阐述了大块非晶合金的形成机制,描述了大块非晶合金玻璃形成能力的各种判据。对一些方法、特点进行了讨论,并对它们进行了初步对比。关键词:大块;非晶合金;制备中图分类号:TG139.18金属玻璃,也称非晶合金,是20世纪60年代初才出现的金属合金材料[1]。由于其结构
2、上的长1大块非晶合金形成的经验规律程无序又使得它同晶态合金相比具有独特的性能,在探索新型大块非晶合金体系和研究大块非晶而在许多领域得到了运用。另外研究发现大块非晶合金形成能力的过程中,材料科学工作者总结了许合金在过冷液相区具有超塑性,也为大块非晶合金多经验规律。其中比较有影响的是日本东北大学的[6]的塑性成型和加工提供了可能。Inoue提出的三条经验规律:(1)多组元合金体系研究发现,金属玻璃在多个方面具有其相应晶应含有三个或三个以上组元;(2)三个主要组元的态合金所不具备的优异力学、化学与物理等特性,因原子尺寸比大于12%;(
3、3)主要组元之间具有大的负混和热。而成为材料与物理学家及工业部门非常感兴趣的开满足以上三条规律的合金体系具备高的大块非发研究对象。在力学性能方面,新型大块非晶合金[7][2,3]晶合金形成能力Inoue给出了以下解释:(1)这种的强度一般是同类晶态合金的2倍或更高,锆合金体系具有更高的原子随机配位密度;(2)与相基大块非晶合金由于具有高的抗拉强度、高的弹性应的晶体相相比具有不同的近邻原子配位;(3)在能和高的冲击断裂性能,已经被用来制作高尔夫球长程范围上均匀的原子配位。杆和球头。因此大块非晶合金的玻璃形成能力的下降可以在化学性能
4、方面,非晶合金具有高硬度、高耐蚀从以下几方面寻找原因:(1)多组元合金成分偏离等特点,可以作为一种新型的特殊用途材料。将有了共晶或近共晶成分点;(2)原材料的纯度不够高;可能在工业涂护、国防军事、医用器材、体育用品、电(3)在母合金熔配或者是成形过程中引入了杂质;子器件和航天科技等高腐蚀性领域得到广泛应(4)成形前母合金的过热度选择不合适。为了提高[4]用。合金的玻璃形成能力,所有制备大块非晶合金的方在物理性能方面,尤其是铁基非晶合金由于其法都是根据上述四条优化制备工艺。[5]优异软磁性能、低的矫顽力以及高的磁导率,因此有广阔的
5、应用前景。2大块非晶合金形成能力的判据自非晶合金问世以来,提高非晶成形能力,即得人们根据已有的实验结果,提出了多种指标试到大尺寸的非晶样品一直是人们努力追求的主要目图定量评判合金的非晶形成能力。在这些经验判据标之一。在常规的冷却条件下,合金熔体在冷却过中,目前被广泛接受的是约化玻璃转变温度判据和程中总是很快结晶而形成晶体结构的固体,一般需过冷液相区宽度判据。要采用至少105K/s以上的冷却速度来冷却合金熔Trg是指玻璃转变温度与熔化开始温度的比体,才能制备出厚度在几十到上百微米的薄带状金值,即Trg=Tg/Tm。Trg来源于对T
6、m-Tg温度范属玻璃。最近10年来,对金属玻璃的研究获得了很围内粘度的要求,只有在冷却过程中,粘度随温度下大的进展,人们可以在多个合金体系获得毫米甚至降的增长率(dG/dT)足够大,才能使金属原子没有厘米级尺寸的块状金属玻璃。足够时间重排抑制结晶,获得非晶态。一般认为,在74甘肃科技第25卷Tg温度下粘度等于常数;而且Trg越大,则越易形(3)感应加热铜模浇铸法成非晶。感应加热铜模浇铸法是将合金置于底端通孔的另一个重要的判据是过冷液相区的宽度,Inoue石英管中,通过电感线圈在合金中产生的涡流加热和Masumoto采用晶化温度和
7、玻璃转变温度的差值使得合金迅速熔化。液态合金由于表面张力并不自$T=Tx-Tg,即过冷液相区的宽度来衡量过冷液体动滴漏,需要从石英管顶部外加一个正气压将其吹[8]的稳定性。结果表明,过冷液体的稳定性和非晶入铜模。的形成能力之间有直接的对应关系,一般来说,T越(4)悬浮熔炼-铜模吸铸法大则非晶形成能力越好。是在磁悬浮电炉中用铜模吸铸法制备块状金属刘锦川等用C参数作为一个判据[C=Tx/(Tg玻璃,该工艺流程如下:将合金放入磁悬浮电炉中,[9]+Tl)]来表征非晶成形能力。C应与非晶成形能通电流加热,待合金完全熔化均匀后将铜模向下移
8、力呈正比关系,然而对于某些非晶体系,参数C与本动,等石英管伸入到熔融合金中时打开阀门,利用压研究中的非晶成形能力的大小并不相一致。力罐和熔融合金表面之间的压差把熔融合金快速吸入铜模,由于纯铜具有较大的蓄热能力和传热系数,3大块非晶合金制备技术研究可实现快速激冷使
