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非晶态合金概述

来源:https://www.xiutupi.com 发布时间:2021-10-05热度:

非晶态合金是指固态时其原子的三维空间成拓扑无序排列,并在一定的温度范围内,这种状态保持相对稳定的合金,其结构类似于玻璃的无固定形态,也称为金属玻璃。

非晶态合金与传统氧化物玻璃不同,合金中原子间的结合是金属键而不是共价键,所以许多与金属相关的特性被保留。
例如,非晶态合金韧性好、不透明,与氧化物玻璃的脆且透明的特征不同。在一定程度上可以认为非晶态结构是无缺陷的,而不是像晶体材料那样有位错和晶界等。
无缺陷结构对材料性能有重要影响,其优点是可以达到理论强度、超高耐蚀性、优异磁性性能和在一定温度下的超塑性。

早在20世纪20年代,科学家就已经开始探索人工制备非晶态合金的方法和途径最早报道制备出非晶态合金的是德国科学家Krammer,他采用气相沉积法首次制得非晶态合金膜。

1950年,Brenner等采用了完全不同的方法——电沉积法制出了Ni—P非晶态合金。
这种方法至今仍被用于制备耐磨和耐腐蚀的非晶态合金涂层。
1954年,Buckel和Hilsch用气相沉积法,将纯金属Ga和Bi的混合蒸汽快速冷凝到温度为2K的冷板上,也获得了非晶态合金薄膜。
但是,这些非晶态合金薄膜的晶化温度都低于室温,不能成为实用的材料,也很难对其各种性能进行研究。
因此,人们对非晶态合金的科学问题、非晶态物理以及结构的研究远不及晶态材料那样深入。

1955年,人们研究了含As,Te非晶半导体的制备方法,并发现非晶半导体具有特殊性能。
在制备和探索非晶态合金的同时,非晶态形成理论的研究在20世纪50年代取得重大突破。
Turnbull等研究了合金液态过冷度对非晶态合金形成的影响,提出了非晶态合金的形成判据,初步建立了非晶态合金的形成理论,为非晶态合金材料及其物理研究的发展奠定了基础,揭开了非晶态合金物理研究的序幕。Anderson P w研究了非晶态固体的电子态,提出非晶态固体中电子“定域”特性,并因此获得1977年诺贝尔物理学奖。

1958年,在美国AlfreJ大学召开了第一次非晶态固体国际会议,进一步推动了非晶材料和物理研究的发展,迎来了20世纪60年代非晶材料发展的高潮。
这个时期非晶材料研究的主要成就为:
实验证实可以获得非晶态合金,以Turnbull,AnJerson为代表的科学家发展了非晶态合金形成和电子结构理论。

1960年,加州理工学院的Duwez教授等发明了熔体快速冷却的凝固方法(急冷法),即将高温合金熔体喷射到高速旋转的铜辊上,以每秒约loo万摄氏度的超高速度冷却熔体,使金属熔体中的无序原于来不及重排,从而制得了Au—SilF晶态合金条带,这种不透亮的非晶态合金开创了非晶态合金研究和应用的新纪元,掀起了非晶材料和物理研究的高潮。

几乎与此同时,苏联科学家也报道了制备非晶态合金的类似装置。
一个新生事物的出现往往要受到抵制和嘲弄,Duwez的Au—SilF晶态合金就曾被人称作“愚蠢的合金”。
直到不久后,Pond和Maddin发明了制备具有一定连续长度的非晶态合金条带的技术,使这种材料能够低成本地大量生产,人们才逐渐认识到这类材料的重要性,从而形成了非晶态合金发展的第一个高潮。

20世纪70年代,非晶态合金的研究在学术研究上和应用上都是非常活跃的领域。
很多不同体系和种类的二元或三元非晶态合金(如临界冷却速率较低的Zr基非晶态合金、N基非晶态合金和具有很高强度的Al基非晶态合金等)被合成出来。

1971年,陈鹤寿等采用快冷连铸轧辊法制成多种铁基非晶态合金的薄带和细丝,并正式命名为“非晶态合金(Metglas TM)”,同时以商品形式出售,在世界上引起了很大反响。
之后,他们又制备出许多软磁性能优异的非晶薄带,如Fe基非晶态合金,具有优良的软磁性能和高有效磁导率,并且电阻率远比晶态合金高,因此可大大降低变压器的损耗和重量,提高使用频率。
目前,这种材料已经在电力转换(如变压器)等领域得到了广泛应用。
美国A11ied ChemicalCorPoration研发出每分钟2000 m的高速非晶态合金连续生产线,从而达到商业化生产非晶态合金的目的。

1994年,非晶态合金的年产量达到了4万吨。
最近,我国钢铁研究总院的国家非晶微晶合金工程技术研究中心也成功研制出万吨级非晶条带生产线,大大促进了非晶态合金材料在我国各领域的应用。
另外,大型非晶态合金变压器也已经在日本开始了商业应用,国内一些企业也对此开始了重点攻关和研究

非晶态合金概述第1张图

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