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1、非晶态合金的制备技术09721343陈记龙非晶态合金发展综述非晶态合金制备方法FormationofamorphousNi-Taalloypowdersbymechanicalalloying123目录1、非晶态材料综述非晶态材料主要可以分为以上四种类型非晶态半导体非晶态超导体非晶态聚合物M1M2M4M3非晶态合金非晶态合金的发展193419501960现阶段德国人克雷默采用蒸发凝聚法制备出非晶态合金是世界上有关非晶态合金研究的最早报道。布伦纳等用电沉积的方法制备出了非晶态Ni-P合金，并用来做硬的耐磨和耐腐蚀的涂层。美国加
2、州理工学院的P.Duwez等发明了一种直接将熔融金属急冷成非晶态金属的方法。越来越多的研究者被吸引到此领域，竞相发明不同的技术，并以此制备各种不同的非晶态合金。现阶段的发展20世纪70年代后，人们制备出厚度小于50μm、宽15cm的连续非晶薄带20世纪80年代，Turnbull等采用氧化物包覆技术以10K/s的速度制备出厘米级的Pd-Ni-P非晶。最近，中科院金属所的Ma等发现了尺寸可达25mm的Mg-Cu-Ag-Pd非晶态合金。1974年Chen在约103K/s的冷却速度条件下用Pd-Cu-Si熔体首次得到毫米级直径的非晶
3、。2003年，美国橡树岭国家实验室Lu和Liu使Fe基非晶的尺寸从过去的毫米推进到厘米级，最大直径可达12mm。目前世界上尺寸最大的稀土基金属玻璃材料—直径为35mm的镧基金属玻璃体系，由浙江大学蒋建中等研制成功。非晶态合金的结构特征与特性结构特征非晶态结构上与液体相似，原子排列是短程有序的。宏观上可将其看作均匀、各向同性的。存在向晶态转化的趋势，即原子趋于规则排列短程有序长程无序热力学不稳定性非晶态合金的长程无序、短程有序的特性导致非晶态金属有着良好的机械性能、优良的化学性能以及优异的软磁性能。对结构研究建模的方法不连续模
4、型连续模型微晶模型聚集团模型等连续无规则网络模型硬球无规则密堆模型等为了进一步了解非晶态的结构，通常在理论上把非晶态材料中原子的排列情况模型化，其模型归纳起来可分为两大类。2、非晶态合金制备工艺非晶态材料制备主要以快冷凝固技术为主。快冷凝固又包括急冷技术和大过冷技术。急冷技术就是将熔融液态金属以液滴形式或以柱状流、带状流形式传递到高导热能力介质上，以获得极高的冷却速度，从而得到非晶态金属物质。这种技术包括液滴喷射技术、急冷块体高速旋转技术(CBMS技术)、双辊快淬技术、平面流动铸造技术(PFC技术)、熔融金属拉拔技术以及Pi
5、sto—Anvil技术等；大过冷技术包括多级雾化技术等(表1是各种可能的RSP技术)。而其他方法则包括机械合金化(MA)、机械球磨(MM)、气相沉积法等。在这些发展的制备技术中，尤以CBMS、PFC、MM、MA最为引人注目而且富有代表性，并为多数实验室和企业研究与采用。2.1液滴喷射技术该技术也称为雾化技术。其原理是用高压气体或液体将连续的液态金属流击碎为液滴。这种技术尤以Duwez的“枪”法最有代表性。该技术的成功之处在于：①限制了熔融金属的量②快速雾化成小的液滴③推进雾化液滴流越过一个小距离和短时间间隔与淬火基体进行快速
6、冲击，以释放出热量越过结晶与长大过程进而快速凝固。气体雾化法通过高速气体流冲击金属液流使其分散为微小液滴，从而实现快速凝固。通常的气体雾化法冷却速度可达102K/s～104K/s,采用超声速气流可明显改善粉末的尺寸分布，进一步提高冷却速度。冷却介质是该工艺中制备非晶合金一个主要因素。由于氦气的传热速度快,采用氦气作为射流介质,冷速比用氩气大数倍。雾化法的生产效率高且合金粉末成球形，有利于后续的成型工艺消除颗粒的原始边界，适用于工业化生产。但与MS法相比冷却速度较低，需严格控制合金成分。2.2急冷块体高速旋转技术(CBMS技术
7、)CBMS是该方法英文全称ChillBlockMehSpinningProcess的缩写。该方法主要特征是将熔融金属喷射到一个用于冷却目的的旋转盘或旋转轮表面上。该旋转块体以直达1000γ／min或300m/s的线速度旋转。为了获得快速冷却，旋转体由良好导热材料制成，通常用紫铜。该方法获得冷却速率可达106K/S以上。单辊急冷法（MS法）将合金熔体喷射到一个快速转动的冷却铜辊表面,形成薄而连续的非晶合金条带。将合金样品置于石英管底部,调节石英管位置,使合金样品处于感应圈中部,启动中频电源,利用感应加热熔化合金样品,启动铜辊,
8、调节其转速并设定值后,降低石英管,高压氩气推动合金熔体至冷却铜辊表面,剥离气嘴中喷出的高压气流将铜辊表面的合金条带吹离铜辊,便可制得连续的非晶合金条带。2.3溅射、气相沉积法溅射是用离子把原子打出来,而气相沉积法是利用热能让原子逸出来,两者都是在基板上把逸出来的原子沉积固定在基板表面上。以
