非晶合金研究報告(編輯修改稿)
2025-01-06 16:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)構(gòu)，加深人們對非晶合金本質(zhì)的認識。 非晶形成能力與設計是非晶合金材料研究中的關(guān)鍵問題之一。專家認為非晶轉(zhuǎn)變過程仍然是一個黑箱，而非晶合金是一個十分復雜的體系，還存在許多需要解決的問題。就非晶形成過程而言，在非晶態(tài)結(jié)構(gòu)形成前存在各種競爭，非晶合金本身可以認為是一個結(jié)晶被阻礙的結(jié)晶過程終止態(tài)或未完成態(tài)，非晶形成的動態(tài)過程盡管十分復雜，但開展相關(guān)研究十分必要。我國在該領域已具有一定的人才積累和研究基礎，相信經(jīng) 過努力能使我國在非晶合金研究領域走在世界前列，為提升我國在高技術(shù)領域的競爭力打下堅實基礎。 非晶合金形變和斷裂研究中的一個核心問題是剪切帶的形成與演化機理及其能量耗散機制。非晶合金變形行為和力學性能的尺度效應在非晶合金應用和理解宏觀變形機制方面都具有重要意義。晶態(tài)金屬合金的組織一結(jié)構(gòu)一性能間有強關(guān)聯(lián)性，而非晶態(tài)合金中這種關(guān)聯(lián)性尚未建立，其根本原因是非晶合金脆性或韌性的原子尺度微觀機制尚未了解。非晶合金剪切應變很可能通過原子團7 (剪切轉(zhuǎn)變區(qū)， $TZ)的運動實現(xiàn)，而探明 STZ 的尺度則是理解非晶合金局域化剪切變形物 理機制的重要一環(huán)。通過斷裂面特征的研究可能為尋找非晶合金韌化途徑提供重要幫助。 與會專家指出，非晶合金是微成型器件的理想材料；應加強對厚非晶帶材、超薄非晶帶材和磁敏傳感元件的開發(fā)；非晶合金在過冷液相區(qū)的超塑成型和鑄造成型是復雜零件成型的主要方法，我國應當加強這方面的研究。與會專家一致認為，我國目前在該領域已形成了具有國際水平的研究隊伍，聚集了一批優(yōu)秀的青年科學家，并取得了一批重要的科研成果。但是， 與我國科學家的理論研究成就相比，該領域中的應用研究相對比較薄弱 。 專家建議，我國政府應當不失時機地組織優(yōu)秀的科學 家和企業(yè)進行聯(lián)合攻關(guān)，解決應用研究中的關(guān)鍵技術(shù)問題，力爭在 2－ 3個合金體系的實際應用研究方面取得突破，形成整套的工藝技術(shù)成果，早日將這種性能優(yōu)異的新金屬材料產(chǎn)業(yè)化，將科學優(yōu)勢轉(zhuǎn)換成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢。 大塊非晶合金制備技術(shù)研究 Duwez在 1960年采用銅輥快淬法制備出 Au— Si 系非晶合金條帶，這是第一次用快速冷卻 (冷卻速度達到 106 K／ s)的方法制備而成的非晶合金。 1984 年 Kui． H． W 和 D． Turnbull 等人通過B2O3溶劑包裹的方法獲得尺寸接近 10rmn的大塊 Pd— Ni— P 非晶合金。在 90年 代初，日本東北大學的 T． Masumoto 和 A． Inoue等人發(fā)現(xiàn)了具有極低臨界冷卻速率的多元合金體系，通過水淬法或銅模鑄造法制備出毫米級的非晶合金，這也是首次發(fā)現(xiàn)不含貴金屬的毫米級大塊非晶合金形成體系。 大塊非晶合金具有很強的非晶形成能力，突破了傳統(tǒng)非晶合金的制造上需要高的冷卻速率的工藝限制，在較低的冷卻速率下就可以形成較大體積 。目前大塊非晶合金的制備方法主要有兩類： ①凝固法 ：由于多組元大塊非晶體系具有很高非晶形成能力，其臨界冷卻速率小，故采用一些傳統(tǒng)的金屬熔體凝固技術(shù)即可，如噴射吸鑄法、水淬法、定向凝固法 、溶劑包敷法等； ② 固化法： 即在過冷液相區(qū)采用熱壓或溫壓的辦法將非晶粉末壓制成大塊非晶合金。它主要利用多組元合金體系的過冷液相穩(wěn)定性高并具有粘滯流動性好的特點，如非晶粉末固結(jié)成形法、高壓鑄造法。另外還有以下幾種方法：非晶條帶直接復合爆炸焊接、磁懸浮熔煉銅模冷卻法、深過冷加液淬法、摻雜、替換法、落管法。 在制備大塊非晶過程中，關(guān)鍵是減少非均質(zhì)形核，因而各種制備方法都有以下兩個共同特征： (1)對合金母材反復熔煉，以提高熔體的純度，消除非均質(zhì)形核點。 (2)采用高純惰性氣體保護，盡量防止氧化。 一些高效率、低成本的成型方法和一些新的成型工藝都可用于制備大體積非晶，下面以吸鑄法和非晶粉末固結(jié)成形法為例進行介紹。 吸鑄法 8 吸鑄法是制備非晶合金最常用、也是最方便的方法。這種方法在制備高熔點的非晶合金方面具有其它方法所不能比擬的優(yōu)勢。利用銅模的優(yōu)良導熱性能和高壓水流的強烈散熱效果，可以制備出各種體系塊體非晶。這種原理很簡單，設備共分為 6個部分： (1)真空系統(tǒng)； (2)壓力系統(tǒng)； (3)感應電源加熱系統(tǒng)； (4)噴射系統(tǒng)； (5)測溫系統(tǒng)； (6)模具成形系統(tǒng)。其基本原理如下：將高純度的母合金置于底部具有一定小孔的坩 堝中，銅模置于坩堝下面，銅模的下端始終與真空系統(tǒng)相連。采用電弧加熱將母合金熔化，整個裝置放在一個密閉的真空系統(tǒng)中。母合金完全熔化后，從石英管上端導入壓力為 P1 的氬氣，底部形成 P。的負壓，在壓力差△ P＝ P1 +P。的作用下，液態(tài)母合金從坩堝注入水冷銅模型腔中，由于強的熱流和大的傳熱系數(shù)可以提供很高的冷速，液態(tài)母合金在水冷銅模型腔中快速冷卻形成非晶。吸鑄的優(yōu)點是，采用高頻或中頻感應加熱，合金熔化速度快，電磁攪拌使合金成分更加均勻，加上熔煉數(shù)次，臨界冷卻速度將明顯下降，這是因為反復熔煉提高了熔體純度，消除了非均質(zhì) 形核點，同時還適合于大尺寸樣品的制備。由于液態(tài)金屬填充好，熔體充型速度快，玻璃形成能力就高，可直接制備較復雜形狀的大尺寸非晶合金。 固結(jié)成形法 目前，大塊非晶主要是通過將液態(tài)金屬迅速冷卻制備的，但是這種方法只能應用在那些高非晶形成能力的合金體系中，并且樣品的尺寸受到很大的限制。利用大塊非晶特有的過冷液相區(qū)△ T 的超塑性成形能力來制備大塊非晶，可以消除凝固法在尺寸上所受到的限制，因此是一種極有前途的大塊非晶的制備方法。 采用固結(jié)成形法制備大塊非晶合金的首要條件是合金在加熱時存在一個較寬的過冷溫度區(qū)△ T ，對于 高非晶形成能力的合金而言，其低的非晶形成臨界冷速使之具有更小的晶化驅(qū)動力，因而在過冷度區(qū)間有更高的熱穩(wěn)定性。非晶粉末固結(jié)成形法的工藝流程如下，將配置好的合金在惰性氣體保護下進行熔化，之后進行霧化制粉，該過程要在高真空或者在惰性氣體的保護下進行。將獲得的非晶粉末收集起來過篩，篩掉較大粒度的可能發(fā)生晶化的顆粒。將過篩之后的顆粒進行真空熱擠壓，獲得一定的致密度，然后將預擠壓的試樣進行包套、除氣、焊合、擠壓，由于非晶具有超塑性能，粉末受到一定條件的擠壓后就能夠完全彌和在一起。 由于粉末固結(jié)成形法可以制備大尺寸的非晶 ，還可以進行大量制備，是一種極有前途的制備大塊非晶的方法，原則上講粉末固結(jié)成形法也是有效的，但實際上存在不少問題，比如若過冷溫度區(qū)間較窄，獲得非晶粉末完全彌合而不發(fā)生晶化的玻璃態(tài)是很困難的，所以該工藝的關(guān)鍵還是要尋找具有較大過冷溫度區(qū)間的合金系列，
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