材料制备新技术(许春香)__第五章_非晶态合金制备技术ppt课件.ppt

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1、第5章非晶态合金制备技术5.1非晶合金态的概述非晶合金态是指固态合金中原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金。微观特性：宏观特性：非晶态材料在性能上的优势（与晶态材料相比）：1960年美国加利福尼亚大学的杜威兹（Duiwez)教授等提出”金属玻璃“概念。非晶合金是短程有序、长程无序的。图5-1液态金属结晶开始时间与过冷度的关系5.1.1非晶态的形成获得非晶态的主要途径：1）低临界冷却速率的合金系统；2）发展快速冷却的技术。图5-2气体、固体、液体的原子分布函数5.1.1非晶态的结构特征5.1.1.1结构的长程无序性和短程有序性5.1.1.2热力学的亚稳定性

2、表图5-1铝基非晶合金和其他合金的抗拉强度、比强度5.1.3非晶态合金的性能5.1.3.1优异的力学性能材料类型抗拉强度бb/MPa比强度/（×106/cm)非晶态合金11403.8超硬铝5201.9马氏体钢18902.4钛合金11002.4图5-3晶体与非晶体在变形机理上的区别5.1.3.2特殊的物理性能图5-4晶体与非晶合金在30℃HCl溶液中腐蚀速度5.1.3.3优良的耐腐蚀性5.2大块非晶合金形成的经验准则5.2.1混乱原则5.2.2Inoue三条经验准则1）多组元体系组成应该超过3种元素；2）主要组元元素在原子的尺寸方面应该有明显不同（>12%)；3）主要成分元素具有负的混合热。其

3、中，在多成分合金体系中，满足Inoue的三个经验准则：1）原子构造具有高的随机堆垛密度；2）新型的局域原子结构与相应晶相的原子结构不同；3）在长程方面具有多成分均匀的原子结构。5.2.3二元深共晶点计算法（a）移动石英玻璃管后射流（b）直接射流图5-5喷射成型法制备大块非晶合金示意图5.3非晶合金的制备方法主要采用技术：溶剂包覆法、金属膜冷却法、水淬法、电弧加热法、电弧熔炼吸铸法和定向凝固法等5.4.1溶剂包覆法5.4.2金属膜冷却法1）喷射成形法（a）直线移动法（b）旋转盘法图5-6模具移动法制备大块非晶合金示意图2）模具移动法图5-7压力铸造法制备大块非晶合金示意图3）压力铸造法（a）铜

4、模（b）试样图5-8铜模和试样示意图4）金属铜模铸造法图5-9楔形铜模型中不同位置的冷速比较图5-10喷铸—吸铸技术制备块体玻璃设备工艺简图5）喷铸-吸铸法图5-11水浮法制备块体玻璃的工作原理示意图5.4.3水淬法图5-12电弧加热吸铸法制备大块非晶合金的示意图5.4.4电弧加热法1）金属（铜）模吸铸法图5-13模压铸造法制备大块非晶合金示意图2）模压铸造法5.4.5电弧熔炼吸铸法5.4.6定向凝固法表5-1铝基非晶合金和其他合金的抗拉强度、比强度材料类型抗拉强度бb/MPa比强度/（×106/cm)非晶态合金11403.8超硬铝5201.9马氏体钢18902.4钛合金11002.4表5

5、-2非晶态合金的主要特性及其应用性质特性举例应用举例强韧性屈服点E/30~E/50；硬度500~1400HV刀具材料、复合材料、弹簧材料、变形检测材料等耐腐蚀性耐酸性、中性、碱性、点腐蚀、晶间腐蚀过滤器材料、电极材料、混纺材料等软磁性高磁导率，低铁损，饱和磁感应强度约1.98T磁屏蔽材料、磁头材料、热传感器、变压器材料、磁分离材料等磁致伸缩饱和磁致伸缩约60×10-6，高电力机械结合系数约0.7振子材料、延迟材料等非晶态合金制备技术式中，为单位体积的单原子数目；v为频率因子；k为Boltzmann常数；T为绝对温度；D为有效扩散系数；为晶胚必须克服的激活能；I为形核速率。根据经典形核理论，形

6、核功表达式为式中，为晶核与熔体间的界面能；为液固相自由能差，即结晶驱动力。(5-1)(5-2)式中，a0为扩散跳跃的平均原子或离子直径；为粘度，可以通过Volgel-Fulcher方程进行计算。式中，△Hf为T0温度下的熔化焓；△Sf为T0温度下的熔化熵；T0为液相与晶体相平衡的温度；为等压比热容。式中，A为与温度无关的频率因子；为每个原子的势垒高度；为发生反应所需的临界构形熵；T为温度；K为常数。(5-3)(5-4)(5-5)式中，A为常数：K为常数；Vf为自由体积。均匀成核率与生长率可表示为式中，，；K为Boltzmann常数；a0为平均原子直径；Nv为Avogadro常数；Tm为熔点温

7、度；f为界面上原子优先附着或者移去的位置分数。(5-6)(5-7)(5-8)(5-9)urnball等认为，在简化条件α=αmTr，其中αm为一常数，是T=Tm时的α值，取αm=0.86，此时均匀成核率也可简化为(5-10)(5-11)(5-12)(5-13)式中，R为气体常数。式中，△Hm为摩尔熔化焓。对于非晶，计算粘度:式中，Kn为形核率系数。这样，将方程式（5-8）、式（5-13）代入方程式（5-7）就