非晶态合金的性能与应用

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1、非晶态合金的性能与应用非晶态合金的性能与应用非晶态合金的性能非晶态合金的性能 非晶中非晶中原子有较强的键合原子有较强的键合，特别是金属，特别是金属- -类金属非晶类金属非晶中原子键合比一般晶态合金强得多；中原子键合比一般晶态合金强得多； 非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，合金合金受力时不会产生滑移受力时不会产生滑移。 非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是强度最高的实用材料之一。强度最高的实用材料之一。强度、硬度和刚度强度、硬度和刚度高强度非晶材料高强度非晶材料金属玻璃的强度、硬度和弹性模量金属玻璃

2、的强度、硬度和弹性模量合金合金屈服强度屈服强度/GPa断裂强度断裂强度/GPa硬度硬度Hv/MPa弹性模量弹性模量/GPaNi36Fe32Cr14P12B62.73/8.63141Ni40Fe20P14B4Si22.352.387.77129Fe80P16C1B12.44/8.19135Fe80Si10B102.91/8.13158Fe80P13C72.303.047.45122Fe80B203.63/10.79166Co77.5Si12.5B103.58/11.2190Ni60Nb401.93/8.82125Cu50Zr501.80/5.6883.5 一些非晶合金的强度甚至超过了高强度马氏体

3、时一些非晶合金的强度甚至超过了高强度马氏体时效钢效钢(s约约2GPa)，强度最高的，强度最高的Fe80B20的屈服强度的屈服强度与经过冷拉的钢丝差不多。与经过冷拉的钢丝差不多。 金属玻璃具有很好的室温强度和硬度的同时，也金属玻璃具有很好的室温强度和硬度的同时，也具有很好的耐磨性能，具有很好的耐磨性能，在相同的试验条件下磨损在相同的试验条件下磨损速度与速度与WCrCo耐磨合金差不多。耐磨合金差不多。韧性和延性韧性和延性 非晶合金不仅具有很高的强非晶合金不仅具有很高的强度和硬度，与脆性的无机玻度和硬度，与脆性的无机玻璃截然不同，还具有很好的璃截然不同，还具有很好的韧性，并且在一定的受力条韧性，并且

4、在一定的受力条件下还具有较好的延性。件下还具有较好的延性。 Fe80B20非晶合金的断裂韧性非晶合金的断裂韧性可达可达12MPa.m-1/2，这比强度，这比强度相近的其它材料的韧性高得相近的其它材料的韧性高得多，比石英玻璃的断裂韧性多，比石英玻璃的断裂韧性约高二个数量级。约高二个数量级。柔韧的非晶柔韧的非晶 材料在一定温度范围内，弹性模量随温度的变化材料在一定温度范围内，弹性模量随温度的变化极小。许多非晶极小。许多非晶态铁基合金由于大的自发体积磁致态铁基合金由于大的自发体积磁致伸缩导致其弹性模量的变化，形成伸缩导致其弹性模量的变化，形成E效应，即艾效应，即艾林瓦特性。使其在室温附近，弹性模量和

5、剪切弹性林瓦特性。使其在室温附近，弹性模量和剪切弹性模量不随温度而变化。模量不随温度而变化。 艾林瓦艾林瓦(Elinvar)特性特性 弹性模量和温度的关系弹性模量和温度的关系右图是弹性模量和温度的关系右图是弹性模量和温度的关系图，可以看出，图，可以看出，Fe79B21、Fe80B20、Fe82B18、Fe83B17、Fe85B15、Fe86B14合金在合金在Tc温度下，温度下，E几乎不随温度变化，硼摩尔分几乎不随温度变化，硼摩尔分数为数为1518的合金，的合金，E的的温度系数几乎为零。温度系数几乎为零。 由于非晶合金的亚稳性质，由于非晶合金的亚稳性质，其弹性模量其弹性模量EE0-ET随时随时间

6、不断下降，相当长时间后达间不断下降，相当长时间后达到稳定到稳定(未老化未老化)。 金属玻璃的塑性与外力方向有关，金属玻璃的塑性与外力方向有关，处于压缩、剪处于压缩、剪切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，非非晶合金的压缩延伸率可达晶合金的压缩延伸率可达40，轧制时压下率为，轧制时压下率为50以上也不会产生断裂，薄带对弯至以上也不会产生断裂，薄带对弯至180度一般度一般也不会断裂。也不会断裂。 金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，一般一般只有约只有约0.1%。 非晶合金的弹性模量比晶态合金略低。非晶合金的弹性模量比

7、晶态合金略低。 非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力作用时疲劳裂纹容易形核，作用时疲劳裂纹容易形核，疲劳寿命较低疲劳寿命较低。 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态密排结构相比，密排结构相比，非晶合金的密度一般比成分相近的非晶合金的密度一般比成分相近的晶态合金低晶态合金低1-2。Fe88B12合金在晶态时密度为合金在晶态时密度为7.52g/cm3，在非晶态时密度为，在非晶态时密度为7.45g/cm3。 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性，非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性，在弯曲

8、、压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、在弯曲、压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、疲劳强度很低，所以疲劳强度很低，所以一般不能单独用作结构材料一般不能单独用作结构材料。许多成分的金属玻璃经适当晶化处理后，综合力学许多成分的金属玻璃经适当晶化处理后，综合力学性能会有很大提高。性能会有很大提高。密度密度热学性能热学性能 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定，有些甚至在室温时就会发生转变。，有些甚至在室温时就会发生转变。非晶的热处理非晶的热处理（因瓦（因瓦(Invar)效应）

9、效应）金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出很低的热膨胀系数，很低的热膨胀系数，并且经过适当的热处理，还可进一步降并且经过适当的热处理，还可进一步降低非晶合金在室温下的热膨胀系数。低非晶合金在室温下的热膨胀系数。非晶合金非晶合金-195- -100-100-00-5050-100100-200200-300Fe72Co18Zr10(3001慢冷慢冷)3.20.120.120.120.120.12Fe72Ni18Zr10(急冷状态急冷状态)8.00.10-0.15-0.15-0.15-0.25Fe68Co17V5Zr10(急冷状态急冷状态)4.80.1100

10、0-1.1几种非晶合金的热膨胀系数几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/)电学性能电学性能 非晶具有长程无序结构，在金属非晶具有长程无序结构，在金属-类金属非晶合金中类金属非晶合金中含有较多的类金属元素，对电子有较强的散射。含有较多的类金属元素，对电子有较强的散射。 非晶合金一般具有较高的电阻率，非晶合金一般具有较高的电阻率，是相同成分晶态是相同成分晶态合金电阻率的合金电阻率的2-3倍，电阻温度系数比晶态合金小。倍，电阻温度系数比晶态合金小。合金合金电阻率电阻率(.cm)电阻温度系数电阻温度系数(10-6/K)晶态晶态Cu1.724330Cu55Ni4549.0Ni80Cr2010370非晶态非

11、晶态Cu77Ag8P15136-120Ni68Si15B171520Cu0.6Zr0.4350-90某些晶态及非晶态合金的电阻率和电阻温度系数某些晶态及非晶态合金的电阻率和电阻温度系数 许多非晶许多非晶(如如Nb-Si，Mo-Si-B、Ti-Nb-Si、W-Si-B等等)在低于临界转变温度时还具有超导性能。在低于临界转变温度时还具有超导性能。 在非晶中形成弥散的第二相也可使临界温度、电在非晶中形成弥散的第二相也可使临界温度、电流密度等超导性能得到提高。流密度等超导性能得到提高。 Zr65Nb15B20非晶合金经适当退火产生部分晶化，非晶合金经适当退火产生部分晶化，在基体上形成许多微小晶粒，合金