非晶态合金(Amorphous-Alloys)课件.ppt

1、(Amorphous Alloys)l晶体是指原子呈长程有序排列的固体晶体是指原子呈长程有序排列的固体。非晶态是指原非晶态是指原子呈长程无序排列的状态子呈长程无序排列的状态。具有非晶态结构的合金称具有非晶态结构的合金称为为非晶态合金非晶态合金(或称或称金属玻璃金属玻璃)。l通常认为，传统的金属材料都是以晶态形式出现的。通常认为，传统的金属材料都是以晶态形式出现的。 因此，近些年来因此，近些年来非晶态非晶态合金合金的出现引起人们的的出现引起人们的极大兴趣，成为金属材极大兴趣，成为金属材料的一个新领域。料的一个新领域。 Metallic Glass Powder 非晶体非晶体晶体晶体l1934年年

2、德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。l1950年，布伦纳用电沉积法制备出了年，布伦纳用电沉积法制备出了NiP非晶态合金。非晶态合金。l1960年年，DUWEZ等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃并开始进行研究。并开始进行研究。l1969年年，美国人庞德和马丁研究了生产非晶态合金带材，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。的技术，为规模生产奠定了技术基础。l1976年年，美国联信公司生产出，美国联信公司生产出10mm宽的非晶态合金带宽的非晶态合金带材，到材，到1994年已经达到年产

3、年已经达到年产4万吨的能力。目前美国能万吨的能力。目前美国能生产出最大宽度达生产出最大宽度达217mm的非晶带材。的非晶带材。l2000年年9月月20日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线上日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线上成功地喷出了宽成功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它、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。标志着我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。 l目前可以目前可以通过熔体急冷而制成的非晶态合金已有很通过熔体急冷而制成的非晶态合金已有很多种多种，典型的有，典型的有Fe40Ni40B20、Fe77Si13B10、CoxZr1-x

4、、Zr47Ti8Cu7.5Ni10Be27.5 (块状合金块状合金)、 Fe80B20等。等。Fe80B20结构结构非晶合金带非晶合金带l液态金属不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速液态金属不发生结晶的最小冷却速度称作临界冷却速度度RC。从理论上讲，只要冷速足够大。从理论上讲，只要冷速足够大(大于大于RC)，所有，所有金属都可获得非晶态。但目前能获得的最大冷速为金属都可获得非晶态。但目前能获得的最大冷速为106/秒秒，因此临界冷速小于，因此临界冷速小于106/秒的纯金属尚无秒的纯金属尚无法制得非晶态。熔体法制得非晶态。熔体在大于临界冷速冷却在大于临界冷速冷却时原子扩散能力显著时原子扩散能力显

5、著下降，最后被冻结成下降，最后被冻结成非晶态的固体。非晶态的固体。固化固化温度温度Tg称称玻璃化温度玻璃化温度.非晶非晶CCT曲线曲线l体积、热焓、熵在体积、热焓、熵在Tg处连续，处连续，但斜率发生变化；但斜率发生变化；l比热和热膨胀系数在比热和热膨胀系数在Tg处不处不连续。连续。lTg与冷与冷速有关速有关,冷速越冷速越快，快，Tg越高。越高。l非晶态形成条件非晶态形成条件:l冷却速度：冷却速度：利用金属和合金非晶态形成的利用金属和合金非晶态形成的TTT曲线曲线或或CCT曲线曲线可估算或确定可估算或确定 RC：RC =(Tm-Tn)/tn（Tm为熔为熔点，点，Tn 、 tn分别为分别为C曲线鼻

6、尖所对应的温度和时间）曲线鼻尖所对应的温度和时间）l化学成分：化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大组元间电负性与原子尺寸相差越大(10% 20%), 越容易形成非晶态。越容易形成非晶态。因而因而过度族金属或贵金属过度族金属或贵金属与类金属与类金属 (B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属稀土金属与过度族金属、后后过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶.Al-Y-M合金合金非晶形成的成非晶形成的成分范围分范围Al-Y相图相图l熔点和玻璃化温度之差熔点和玻璃化温度之差 T ： T =Tm-Tg ， T越小，越小， 形成非晶倾向越大。形

7、成非晶倾向越大。 因而，因而，成分位于共晶成分位于共晶点附近的合金易于形点附近的合金易于形成非晶成非晶.l*说明：说明：右图中横坐标右图中横坐标为为A、B两组元电负性两组元电负性差的绝对值；纵坐标差的绝对值；纵坐标为为A、B原子因极化作原子因极化作用而引起的效应。用而引起的效应。l1、气态急冷法：、气态急冷法：l气态急冷法一般称为气态急冷法一般称为气相沉积法气相沉积法(PVD和和CVD)，PVD主要包括主要包括溅溅射法射法和和蒸发法蒸发法，这两种方法都在，这两种方法都在真空中进行。真空中进行。l溅射法溅射法是通过在电场中加速的粒是通过在电场中加速的粒子轰击用母材制成的靶（阴极子轰击用母材制成的

8、靶（阴极)，使被激发的物质脱离母材而沉积使被激发的物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上而形在用液氮冷却的基板表面上而形成非晶态薄膜。成非晶态薄膜。 磁控溅射非晶合金薄膜磁控溅射非晶合金薄膜l发蒸法发蒸法是将合金母材加热汽化，所产生的蒸汽沉积是将合金母材加热汽化，所产生的蒸汽沉积在冷却的基板上而形成非晶薄膜。这两种方法制得在冷却的基板上而形成非晶薄膜。这两种方法制得的非晶材料只能是小片的薄膜，不能进行工业生产的非晶材料只能是小片的薄膜，不能进行工业生产,但由于其可制成非晶范围较宽，因而可用于研究。但由于其可制成非晶范围较宽，因而可用于研究。物理气相沉积设备物理气相沉积设备l2、熔体态急冷法

9、：、熔体态急冷法：l目前最常用的液态急冷法是目前最常用的液态急冷法是旋辊急冷法旋辊急冷法，分为单辊，分为单辊法和双辊法。单辊法是将试块放入石英坩埚中，在法和双辊法。单辊法是将试块放入石英坩埚中，在氩气保护下用高频感应加热使其熔化，再用气压将氩气保护下用高频感应加热使其熔化，再用气压将熔融金属从管底部的扁平口喷出，落在高速旋转的熔融金属从管底部的扁平口喷出，落在高速旋转的铜辊轮上，经过急冷立即形成很薄的非晶带。铜辊轮上，经过急冷立即形成很薄的非晶带。 铁基铁基铁镍基铁镍基l离心法和单辊法由于单面接触冷离心法和单辊法由于单面接触冷却，尺寸精度和表面光洁度不理却，尺寸精度和表面光洁度不理想，但产品宽

10、度可达想，但产品宽度可达10mm以上，以上，长度可达长度可达100m以上；双辊法尺寸以上；双辊法尺寸精度好，但调节比较困难，只能精度好，但调节比较困难，只能制作宽度在制作宽度在10mm以下的薄带。以下的薄带。非晶态合金生产线示意图非晶态合金生产线示意图浇注机浇注机测量系统测量系统卷带机卷带机非晶合金非晶合金丝材内圆水纺制备过程丝材内圆水纺制备过程水水Microstructure of as spun ribbons 48Ni(Cu)-36,5Zr(Ti)-10Si-5All3、非晶态合金块材制备方法、非晶态合金块材制备方法l大块非晶合金主要通过调整成分来获得强的非晶形成大块非晶合金主要通过调整

11、成分来获得强的非晶形成能力。能力。Inoue 等人提出了三条简单的经验性规律：等人提出了三条简单的经验性规律：l为了控制冷却过程中的非均匀为了控制冷却过程中的非均匀形核：形核：一要提高合金的纯度，一要提高合金的纯度，减少杂质；二要采用高纯惰性减少杂质；二要采用高纯惰性气体保护，尽量减少含氧量。气体保护，尽量减少含氧量。l合金系由三个以上组元组成；合金系由三个以上组元组成；l主要组元的原子有主要组元的原子有12%以上的原子尺寸差；以上的原子尺寸差；l各组元间有大的负混合热各组元间有大的负混合热；l可从图中可从图中对比结晶和非晶的形成过程对比结晶和非晶的形成过程。晶体的生长过。晶体的生长过程一般是

12、程一般是ABE，非晶形成过程是，非晶形成过程是ABC。图中。图中D 表示非晶的晶化。为了制备非晶合金，必须抑制过表示非晶的晶化。为了制备非晶合金，必须抑制过程程E、D 的发生。的发生。l典型块状非晶合金：典型块状非晶合金： Zr65Al7.5Cu17.5Ni10 Zr47Ti8Cu7.5Ni10Be27.5 Pd40Ni10Cu30P20合金系合金系最大厚度最大厚度/mm临界冷速临界冷速RC/KS-1发现年代发现年代非非铁铁磁磁性性Mg-Ln-M(Ln镧系镧系,MCu,Ni,Zn) 10 2001988Ln-Al-TM(TM过渡族金属过渡族金属) 10 2001989Ln-Ga-TM1989Z

13、r-Al-TM 301101990Zr-Ti-Al-TM1990Ti-Zr-TM1993Zr-Ti-TM-Be 30151993Zr-(Nb,Pd)-Al-TM1995Pd-Cu-Ni-P 750.131996Pd-Ni-Fe-P1996Pd-Cu-B-Si1997Ti-Ni-Cu-Sn1998铁铁磁磁性性Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge) 3 4001995Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)1995Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)1996Fe-(Zr,Hf,Nb)-(B) 61996Co-Fe-(Zr,Hf,Nb)-B1996Ni-(Zr,Hf,Nb)

14、-(Cr,Mo)-B1996Fe-Co-Ln-B1998Fe-(Nb,Cr,Mo)-(P,C,B)1999Ni-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)1999l大块非晶合金的主大块非晶合金的主要制备方法：要制备方法：l熔体水淬法：熔体水淬法：此此方法是将试样用低方法是将试样用低熔点氧化物熔点氧化物(如如B2O3) 包裹起来，在石英包裹起来，在石英管中感应加热熔化管中感应加热熔化,最后淬入水中得到最后淬入水中得到非晶态合金试样。非晶态合金试样。水淬块状非晶合金制品水淬块状非晶合金制品l金属模铸造法金属模铸造法 将高纯元素在氩保下熔融混合后浇将高纯元素在氩保下熔融混合后浇注到铜模中。具体工艺可分为注到铜

15、模中。具体工艺可分为射流成型、高压铸造、射流成型、高压铸造、吸铸吸铸等。等。l此外还有此外还有悬浮熔炼法、落管技术法、单向区域熔炼悬浮熔炼法、落管技术法、单向区域熔炼法、高压复合法法、高压复合法等。等。大块非晶试样制备装置大块非晶试样制备装置大块非晶试棒大块非晶试棒Zr-Ti-Cu-Ni-Al合金合金Mg合金合金Zr56.3Ti13.8Cu6.9Ni5.6Nb5.0Be12.5块状非晶合金的块状非晶合金的TEM形貌形貌非晶中的切变带非晶中的切变带含有晶相的复相组织含有晶相的复相组织l非晶态合金的结构与液态金属结构相似，原子排列没非晶态合金的结构与液态金属结构相似，原子排列没有长程的对称性和周期

16、性有长程的对称性和周期性，这已为，这已为X衍射实验所证实衍射实验所证实,非晶体在透射电镜下的非晶体在透射电镜下的衍射花样由较宽的晕和衍射花样由较宽的晕和弥散环组成。弥散环组成。在非晶态在非晶态合金中，没有晶界、位合金中，没有晶界、位错等晶态合金所特有的错等晶态合金所特有的晶格缺陷。晶格缺陷。非晶合金衍射花样非晶合金衍射花样DSC曲线曲线XRD曲线曲线DSC示差扫描量热；示差扫描量热；XRDX-射线衍射射线衍射l1、非晶态结构的描述方法、非晶态结构的描述方法l与晶态相比，非晶态结构是与晶态相比，非晶态结构是一种无序结构，但不象气体一种无序结构，但不象气体那样原子排列完全没有规则那样原子排列完全没

17、有规则,而存在短程有序。而存在短程有序。l描述非晶态结构目前通用的方法是统计方法，即在描述非晶态结构目前通用的方法是统计方法，即在非晶态材料中以任一原子为中心，在和它相距为非晶态材料中以任一原子为中心，在和它相距为r+dr的球壳中发现另一的球壳中发现另一 个原子的几率为：个原子的几率为： drrrgVNrJ24)()( VN式中，式中， J(r)为径向分布为径向分布函数函数RDF； 为单位为单位体积中的原子数；体积中的原子数；g(r)为双体相关函数。为双体相关函数。 径向分布函径向分布函数示意图数示意图g(r)lRDF或或 g(r)可以在一定程度上反映非晶态结构的统可以在一定程度上反映非晶态结

18、构的统计性质。计性质。比较气态、非晶态和晶态的双体相关函数比较气态、非晶态和晶态的双体相关函数可以看出，非晶态结构与液态非常接近，存在一定可以看出，非晶态结构与液态非常接近，存在一定的短程有序，而与气态和晶态则差别显著的短程有序，而与气态和晶态则差别显著。RDF和和g(r)可通过可通过X射线衍射确定射线衍射确定, 但它给出的仅是有关结但它给出的仅是有关结构的一维信息，不能给出结构的具体细节构的一维信息，不能给出结构的具体细节。 气体、液体、固体的原子分布函数气体、液体、固体的原子分布函数l2、非晶态结构模型、非晶态结构模型l在描述非晶材料结构的模型中在描述非晶材料结构的模型中(如如微晶微晶、随

19、机网络随机网络、硬球无硬球无规密堆规密堆等等)，多数人共认的是，多数人共认的是硬球无规密堆模型硬球无规密堆模型，该模型把该模型把原子假设为不可压缩的硬球，原子假设为不可压缩的硬球，均匀、连续、无规地堆积，结均匀、连续、无规地堆积，结构中没有容纳另一硬球的空间构中没有容纳另一硬球的空间.这种模型的径向分布函数与实这种模型的径向分布函数与实测结果符合较好测结果符合较好。现有各种模现有各种模型都存在不足型都存在不足。 晶态晶态非晶态非晶态晶体与非晶体的晶体与非晶体的结构结构非晶体非晶体晶体晶体Computer simulation of the disordered atomic structure

20、 of a three-component metallic glassl从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当液体以大于液体以大于RC速度冷却时，其粘度逐渐增大，温度达速度冷却时，其粘度逐渐增大，温度达到到Tg时凝固为非晶态固体，其体积大于同条件的晶体时凝固为非晶态固体，其体积大于同条件的晶体.液体急冷液体急冷非晶化时非晶化时粘度、体粘度、体积的变化积的变化 体积体积大大粘性粘性小小液体液体过冷液体过冷液体液体液体晶体晶体晶体晶体过冷液体过冷液体液体液体固体固体非晶态固体非晶态固体非晶态固体非晶态固体温度温度l非晶态结构是一种亚稳结构，加

21、非晶态结构是一种亚稳结构，加热到热到Tg以上时，其粘度下降，原以上时，其粘度下降，原子扩散能力增大，在一定温度下子扩散能力增大，在一定温度下(通常为通常为400900)发生晶化而发生晶化而失去非晶态结构失去非晶态结构。通常晶化温度。通常晶化温度Tx要比要比Tg高几十度。高几十度。Tx-Tg的值的值越大，非晶态的稳定性越高越大，非晶态的稳定性越高。 Die casting of Metallic Glass can make highly precise parts l1、力学性能、力学性能l非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。非晶态合金力学性能的特点是具有高的强度和硬度。例如非晶态铝

22、合金的抗拉强度例如非晶态铝合金的抗拉强度(1140MPa)是超硬铝抗是超硬铝抗拉强度拉强度(520MPa)的两倍。非晶态合金的两倍。非晶态合金Fe80B20抗拉强抗拉强度达度达3630MPa，而晶态超高强度钢的抗拉强度仅为，而晶态超高强度钢的抗拉强度仅为 18202000MPa，可见非晶态合金的强度远非合金钢，可见非晶态合金的强度远非合金钢所及。所及。非晶态合金强度高的原因是由于其结构中不存非晶态合金强度高的原因是由于其结构中不存在位错，没有晶体那样的滑移面，因而不易发生滑移在位错，没有晶体那样的滑移面，因而不易发生滑移. 比强度比强度屈服强度屈服强度l晶体受到剪切应力时，会以位错为媒介在特定

23、晶面上晶体受到剪切应力时，会以位错为媒介在特定晶面上 滑移，而滑移，而非晶合金的非晶合金的原子排列是无序的，原子排列是无序的，有很高的自由体积，有很高的自由体积，外力作用时，可重新外力作用时，可重新排列形成另一稳定的排列形成另一稳定的组态组态，因而，因而非晶态合非晶态合金屈服时呈整体屈服金屈服时呈整体屈服而不是局部屈服而不是局部屈服，具，具有很高的屈服强度。有很高的屈服强度。 Deformation characteristics of metallic glassPlastic deformationSEM image of shear steps formed by the propaga

24、tion of highly localized shear bands during rolling of a bulk metallic glass specimen.SEM image of a tensile failure surface produced at a high strain rate. The smeared voids and droplets are indicative of the significant material softening and viscous flow within the shear band.合金合金 硬度硬度HV断裂强度断裂强度M

25、Pa延伸率延伸率%弹性模量弹性模量MPa非非晶晶态态合合金金 Pd83Fe7Si10401818600.166640Cu57Zr43529219600.174480Co75Si15B10891830000.253900Fe80P13C7744830400.03121520Ni75Si8B17840826500.1478400晶态晶态 18Ni-9Co-5Mo 181021301012 l非晶态合金延伸率低但并不脆，非晶态合金延伸率低但并不脆，而且具有很高的韧性而且具有很高的韧性，非晶薄带，非晶薄带可以反复弯曲可以反复弯曲180而不断裂，并而不断裂，并可以冷轧，有些合金的冷轧压下可以冷轧，有些合

26、金的冷轧压下率可达率可达50%。 非晶合金的脆性断裂非晶合金的脆性断裂非晶合金的韧性断裂非晶合金的韧性断裂各种合金弹性应变极限比较各种合金弹性应变极限比较l2、耐蚀性、耐蚀性l非晶态合金具有很强的耐腐非晶态合金具有很强的耐腐蚀能力。蚀能力。不锈钢在含有氯离不锈钢在含有氯离子的溶液中，易发生点腐蚀、子的溶液中，易发生点腐蚀、晶间腐蚀，甚至应力腐蚀和晶间腐蚀，甚至应力腐蚀和氢脆。而非晶态的氢脆。而非晶态的Fe-Cr合金可以弥补不锈钢的这些合金可以弥补不锈钢的这些不足。含不足。含8%Cr的铁基非晶态合金在各种介质中都的铁基非晶态合金在各种介质中都显示出其优越的抗蚀特性，如在显示出其优越的抗蚀特性，如

27、在1mol的盐酸溶液中，的盐酸溶液中，在在30下浸泡下浸泡168小时后，小时后，Fe70Cr10P13C7和和Fe65Cr10Ni5P13C7非晶态合金的腐蚀速度为零，而非晶态合金的腐蚀速度为零，而晶态的晶态的18-8不锈钢腐蚀速率则为不锈钢腐蚀速率则为10mm/年。年。非晶铝合金在非晶铝合金在1M HCl中的动电位极化曲线中的动电位极化曲线富富CrCr、CuCu非晶层非晶层试样试样腐蚀速率腐蚀速率/mma-14060晶态不锈钢晶态不锈钢 18Cr-8Ni 17Cr-14Ni-2.5Mo非晶态合金非晶态合金 Fe72Cr8P13C7 Fe70Cr10P13C7 Fe65Cr10Ni5P13C7

28、17.750.00000.0000120.029.240.00000.00000.0000l影响非晶态合金耐蚀性的重要因素是合金成分影响非晶态合金耐蚀性的重要因素是合金成分。lCr对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著对改善非晶态合金的耐蚀性非常显著，此外还有，此外还有P.l非晶态合金耐蚀性好的主要原因是能迅速形成致密、非晶态合金耐蚀性好的主要原因是能迅速形成致密、均匀、稳定的高纯度均匀、稳定的高纯度Cr2O3钝化膜。钝化膜。此外，非晶态合此外，非晶态合金组织结构均匀，不存在晶界、位错、成分偏析等腐金组织结构均匀，不存在晶界、位错、成分偏析等腐蚀形核部位，不易产生点蚀。蚀形核部位，不易产生点蚀。 晶

29、体晶体非晶非晶l3、电性能、电性能l与晶态合金相比，非晶态合金的电阻率显著增高与晶态合金相比，非晶态合金的电阻率显著增高(23倍倍)，例如非晶态的，例如非晶态的Cu0.6Zr0.4合金的电阻率可合金的电阻率可达达350cm，而晶态，而晶态高电阻合金的电阻率高电阻合金的电阻率仅为仅为100cm左右。左右。这是由于非晶态合金这是由于非晶态合金原子的无序排列而导原子的无序排列而导致电子的附加散射所致电子的附加散射所致。致。 小小。多数非晶态合。多数非晶态合金具有负的电阻温金具有负的电阻温度系数，即随温度度系数，即随温度升高电阻率连续下升高电阻率连续下降。温度系数为零降。温度系数为零的非晶态合金在一的

30、非晶态合金在一些仪表测量中具有些仪表测量中具有广阔的应用前景。广阔的应用前景。 l非晶态合金的电阻温度系数（非晶态合金的电阻温度系数（ ）比晶态合金的）比晶态合金的dTd 1Zr48Nb8Cu12Fe8Be24非晶合金电阻随温度变化非晶合金电阻随温度变化l4、软磁性、软磁性l非晶态合金磁性材料具有高导磁率、高磁感、低铁损非晶态合金磁性材料具有高导磁率、高磁感、低铁损和低矫顽力等特性，而且无磁各向异性和低矫顽力等特性，而且无磁各向异性。这是由于。这是由于非非晶态合金中没有晶界、位错及堆垛层错等钉扎磁畴壁晶态合金中没有晶界、位错及堆垛层错等钉扎磁畴壁的缺陷的缺陷。 不同磁性材料的磁性相比不同磁性材

31、料的磁性相比 晶态与非晶态与非晶合金的晶合金的磁滞回线磁滞回线l5、其他性能、其他性能l非晶态合金还具有好的非晶态合金还具有好的催化特性催化特性，高的吸氢能力高的吸氢能力，超超导电性导电性，低居里温度等特性低居里温度等特性。在这些领域有着广阔的。在这些领域有着广阔的应用前景。应用前景。 非晶非晶Zr27Ti9Ni38V5Mn16Cr5合金的吸氢行为及其合金的吸氢行为及其SEM形貌形貌lThe properties of Amorphous alloys suitable for the defense applications are: lHigh Yield StrengthlUnique

32、Acoustical PropertieslHigh HardnesslLow Melting TemperaturelHigh Strength to Weight RatiolNet-shape CastinglSuperior Elastic LimitlFabrication Process Similar to PlasticslHigh Corrosion Resistance lNon-MagneticlHigh Wear-Resistancel1. 利用非晶态合金的高强度、高韧性、以及工艺上可利用非晶态合金的高强度、高韧性、以及工艺上可以制成条带或薄片，目前已用它来以制成条带或

33、薄片，目前已用它来制作轮胎、传送带、制作轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的增强纤维。还可用来制作各种水泥制品及高压管道的增强纤维。还可用来制作各种切削刀具和保安刀片切削刀具和保安刀片。 FeBSi非晶合金条带非晶合金条带l用非晶态合金纤维代替硼纤维和用非晶态合金纤维代替硼纤维和碳纤维制造复合材料，可进一步碳纤维制造复合材料，可进一步提高复合材料的适应性。提高复合材料的适应性。硼纤维硼纤维非晶金非晶金属纤维属纤维法国地下隧道内衬使用非晶法国地下隧道内衬使用非晶金属纤维增强复合材料金属纤维增强复合材料 装孔附近易产生裂纹，而非晶态装孔附近易产生裂纹，而非晶态合金强度高，且具有塑性变形能合金强度高，

34、且具有塑性变形能力，可阻止裂纹的产生和扩展。力，可阻止裂纹的产生和扩展。非晶态合金纤维正在用于非晶态合金纤维正在用于飞机构飞机构架和发动机元件架和发动机元件的研制中。的研制中。 和碳纤维复和碳纤维复合材料在安合材料在安Precision MicrogearHigh Performance Diaphragms for Pressure Sensorsl锆基锆基大块非晶态合金用于杆状动能穿甲弹大块非晶态合金用于杆状动能穿甲弹, 以替代对以替代对环境有重大污染的贫铀弹，引起军方的极大兴趣。这环境有重大污染的贫铀弹，引起军方的极大兴趣。这种新的结构材料密度高种新的结构材料密度高(约约14g/cm3)

35、、屈服强度高、屈服强度高(约约2GPa), 变形时不发生加工硬化现象变形时不发生加工硬化现象, 加上块体非晶态加上块体非晶态合金的高绝热剪切敏感性，其穿甲能力已超过了钨合合金的高绝热剪切敏感性，其穿甲能力已超过了钨合金穿甲弹，并且有可能超过和达到贫铀弹的穿甲水平金穿甲弹，并且有可能超过和达到贫铀弹的穿甲水平.lKinetic Energy Penetrator (KEP) rod, the key component of the highly effective armor piercing ammunition system, currently utilizes Depleted Ura

36、nium (DU). Ballistic tests conducted by the Army have proven that the amorphous tungsten composite KEP exhibits self-sharpening similar to the DU KEP. l近年来，信息通信产业发展迅速近年来，信息通信产业发展迅速,研发低辐射、超薄、小巧、轻便、研发低辐射、超薄、小巧、轻便、功能强大的电子产品和移动电话功能强大的电子产品和移动电话成为各个企业竞争的焦点。非晶成为各个企业竞争的焦点。非晶态合金比强度高，可以像塑料一态合金比强度高，可以像塑料一样易成形，

37、适合于样易成形，适合于制作电子产品制作电子产品壳体壳体。可以制备超薄、小巧、轻。可以制备超薄、小巧、轻便、结构更坚固、功能更强大的便、结构更坚固、功能更强大的3C产品，是替代镁合金、铝合金产品，是替代镁合金、铝合金和钛合金的理想材料。和钛合金的理想材料。l在在医疗器械医疗器械领域，领域，大块非晶态合金大块非晶态合金制造的手术刀异常锋利、刀口不易制造的手术刀异常锋利、刀口不易钝化、性能稳定、使用寿命长。在钝化、性能稳定、使用寿命长。在整形外科整形外科领域领域，非晶态合金被用来非晶态合金被用来制造耐磨、耐蚀、高强度的人造关制造耐磨、耐蚀、高强度的人造关节和接骨板等。节和接骨板等。lLiquidme

38、tal alloys can yield surgical blades that are: lSharper than steel lLess expensive than diamond lLower edge degradation with use lLonger lasting blades that provide more consistency in usel体育休闲用品体育休闲用品：大块非晶态合金最早大块非晶态合金最早用来制造高尔夫球杆的杆头用来制造高尔夫球杆的杆头。近几年近几年,非晶态合金还在滑雪橇、棒球球棒、非晶态合金还在滑雪橇、棒球球棒、溜冰鞋、网球球拍、自行车和水中呼

39、溜冰鞋、网球球拍、自行车和水中呼吸器等产品方面有应用。吸器等产品方面有应用。lGolf Clubs lTennis Rackets lBaseball and Softball Bats lSkis and Snowboards lKnives lBicycles lScuba Gear lGuns and Gun Equipment lFishing Equipment lMarine ApplicationsGolf-club headslYou can hit a golf ball farther with this driver because its head is made of

40、 an aluminum-based amorphous alloy.lLiquidmetal putters have a soft feel when striking the ball, which the makers claim provides players with improved touch on putting greens.Golf club with face plate of metallic glass.l空间工程材料空间工程材料：由于性能非常越，大块非晶态合金被：由于性能非常越，大块非晶态合金被认为是未来几种太空设备的候选材料。美国第一艘采认为是未来几种太空设备

41、的候选材料。美国第一艘采集太阳风样品的起源号太空飞船，采集的关键部件集太阳风样品的起源号太空飞船，采集的关键部件太阳风采集瓦，就是用太阳风采集瓦，就是用 锆基大块非晶态合金制造的。锆基大块非晶态合金制造的。l2. 非晶态的铁合金是极好的软磁材料，它容易磁化和非晶态的铁合金是极好的软磁材料，它容易磁化和退磁，比普通的晶体磁性材料导磁率高、损耗小，电退磁，比普通的晶体磁性材料导磁率高、损耗小，电阻率大阻率大。这类合金主要作为变压器及电动机的。这类合金主要作为变压器及电动机的铁芯材铁芯材料料(如如Fe81B13Si15C1)、磁头材料磁头材料(如如Fe5Co70Si15B10),由于磁损耗很低，用非

42、晶态磁性由于磁损耗很低，用非晶态磁性材料代替硅钢片制作变压器，可材料代替硅钢片制作变压器，可节约大量电能。节约大量电能。非晶态合金磁性非晶态合金磁性材料除了不能在高温下使用外，材料除了不能在高温下使用外，几乎所有磁性应用范围内均可使几乎所有磁性应用范围内均可使用。用。 非晶合金铁芯变压器非晶合金铁芯变压器lTransformers connected to a power source cause loss at all times. Amorphous metals greatly contribute to the reduction of this no-load loss. The t

43、ransformer application represents the biggest area for amorphous metals.配电变压器铁芯配电变压器铁芯非晶电抗器铁芯非晶电抗器铁芯非晶磁放大器铁芯非晶磁放大器铁芯非晶扼流线圈非晶扼流线圈非晶互感器铁芯非晶互感器铁芯l非晶态磁性材料还可以做非晶态磁性材料还可以做磁屏蔽件磁屏蔽件、小型铁芯小型铁芯、磁分磁分离器离器等小型部件等小型部件。l3. 非晶态合金耐腐蚀，特别是在氯化物和硫酸盐中非晶态合金耐腐蚀，特别是在氯化物和硫酸盐中的抗腐蚀性大大超过不锈钢，获得的抗腐蚀性大大超过不锈钢，获得“超不锈钢超不锈钢”的的称号称号。可以用于海

44、洋和医学方面，如制造海上军用。可以用于海洋和医学方面，如制造海上军用飞机电缆，鱼雷，化学滤器，反应容器等。还可以飞机电缆，鱼雷，化学滤器，反应容器等。还可以用用 于制造耐蚀管道、于制造耐蚀管道、电池的电极、海底电池的电极、海底电缆屏蔽材料、磁电缆屏蔽材料、磁分离介质及化工用分离介质及化工用的催化剂、污水处的催化剂、污水处理系统中的零件等理系统中的零件等. l我国非晶态合金的开发始于我国非晶态合金的开发始于1977年年。l1990年冶金部钢铁研究总院建成卷重年冶金部钢铁研究总院建成卷重100kg级的自动级的自动喷带设备。喷带设备。l已用铁基非晶合金试制成已用铁基非晶合金试制成50KVA的电力变压

45、器，用的电力变压器，用钴基非晶态合金制作的磁头寿命提高钴基非晶态合金制作的磁头寿命提高3倍。倍。l在磁屏蔽、互感器铁芯、传感器等方面，这类非晶在磁屏蔽、互感器铁芯、传感器等方面，这类非晶磁性薄带也得到大量应用。磁性薄带也得到大量应用。l镍基和铜基的非晶态钎焊料，已在航空发动机镍基和铜基的非晶态钎焊料，已在航空发动机级级导向叶片和电机中使用。导向叶片和电机中使用。 千吨级非晶带材生产线成千吨级非晶带材生产线成功喷出功喷出220mm的非晶带材的非晶带材千吨级非晶带材及制品开发项千吨级非晶带材及制品开发项目通过科技部验收和鉴定目通过科技部验收和鉴定 l九十年代以来，人们开发出大块非晶合金。九十年代以

46、来，人们开发出大块非晶合金。这些非晶这些非晶合金由常用金属元素组成，尺寸最大达合金由常用金属元素组成，尺寸最大达10多厘米直径、多厘米直径、重达几十公斤，所需冷却速率和工艺接近常规的凝固重达几十公斤，所需冷却速率和工艺接近常规的凝固方法。这类方法。这类块状非晶合金体系具有如下特点：块状非晶合金体系具有如下特点：l1. 具有很宽的过冷液相区。具有很宽的过冷液相区。l2. 在过冷液相区原子移在过冷液相区原子移动缓慢，粘滞系数大，动缓慢，粘滞系数大，即晶体形核、长大速率即晶体形核、长大速率比一般的合金熔体慢得比一般的合金熔体慢得多，易控制。多，易控制。医疗设备用块状非晶合金医疗设备用块状非晶合金l3

47、. 大块非晶合金由大块非晶合金由0.5-2nm 的具有五次对称性的二十面的具有五次对称性的二十面体微小颗粒组成体微小颗粒组成, 其微结构其微结构适合于用微晶结构模型描述适合于用微晶结构模型描述.l4. 在晶化前发生相分离。在晶化前发生相分离。l这些特点使这类多组元合金这些特点使这类多组元合金系可通过对其熔态形核和长系可通过对其熔态形核和长大的控制，获得块体纳米晶大的控制，获得块体纳米晶材料或块体非晶基纳米复合材料或块体非晶基纳米复合材料。材料。非晶合金喷嘴非晶合金喷嘴激光氮化层的激光氮化层的TiN纳米晶纳米晶l非晶材料是一种大有前途的新材料，但它也存在着不非晶材料是一种大有前途的新材料，但它也存在着不足，其足，其主要缺点是主要缺点是：l由于采用急冷法制备，使其厚度受到限制；由于采用急冷法制备，使其厚度受到限制；l非晶材料在热力学上不稳定，受热有晶化倾向。非晶材料在热力学上不稳定，受热有晶化倾向。 普通非晶合金晶化后的组织普通非晶合金晶化后的组织含含CuNbCuNb的铁基非晶合金晶化后的纳米的铁基非晶合金晶化后的纳米晶组织晶组织