材料制備新技術許春香第五章非晶態合金制備技術復習資料第一頁，共32頁。 圖5-1液態金屬結晶開始時間與過冷度的關系5.1.1非晶態的形成獲得非晶態的主要途徑：1）低臨界冷卻速率的合金系統；2）發展快速冷卻的技術。2021/1/42第二頁，共32頁。圖5-2氣體、固體、液體的原子分布函數5.1.1非晶態的結構特征5.1.1.1結構的長程無序性和短程有序性5.1.1.2熱力學的亞穩定性2021/1/43第三頁，共32頁。表圖5-1鋁基非晶合金和其他合金的抗拉強度、比強度5.1.3非晶態合金的性能5.1.3.1優異的力學性能材料類型抗拉強度б比強度/（×106)非晶態合金11403.8超硬鋁5201.9馬氏體鋼18902.4鈦合金11002.42021/1/44第四頁，共32頁。 圖5-3晶體與非晶體在變形機理上的區別5.1.3.2特殊的物理性能2021/1/45第五頁，共32頁。 圖5-4晶體與非晶合金在30℃溶液中腐蝕速度5.1.3.3優良的耐腐蝕性2021/1/46第六頁，共32頁。5.2大塊非晶合金形成的經驗準則5.2.1混亂原則5.2.2三條經驗準則1）多組元體系組成應該超過3種元素；2）主要組元元素在原子的尺寸方面應該有明顯不同（>12%)；3）主要成分元素具有負的混合熱。其中，在多成分合金體系中，滿足的三個經驗準則：1）原子構造具有高的隨機堆垛密度；2）新型的局域原子結構與相應晶相的原子結構不同；3）在長程方面具有多成分均勻的原子結構。5.2.3二元深共晶點計算法2021/1/47第七頁，共32頁。（a）移動石英玻璃管后射流（b）直接射流 圖5-5噴射成型法制備大塊非晶合金示意圖5.3非晶合金的制備方法主要采用技術：溶劑包覆法、金屬膜冷卻法、水淬法、電弧加熱法、電弧熔煉吸鑄法和定向凝固法等5.4.1溶劑包覆法5.4.2金屬膜冷卻法1）噴射成形法2021/1/48第八頁，共32頁。（a）直線移動法（b）旋轉盤法

圖5-6模具移動法制備大塊非晶合金示意圖2）模具移動法2021/1/49第九頁，共32頁。 圖5-7壓力鑄造法制備大塊非晶合金示意圖3）壓力鑄造法2021/1/410第十頁，共32頁。（a）銅模（b）試樣圖5-8銅模和試樣示意圖4）金屬銅模鑄造法圖5-9楔形銅模型中不同位置的冷速比較2021/1/411第十一頁，共32頁。圖5-10噴鑄—吸鑄技術制備塊體玻璃設備工藝簡圖5）噴鑄-吸鑄法2021/1/412第十二頁，共32頁。圖5-11水浮法制備塊體玻璃的工作原理示意圖5.4.3水淬法2021/1/413第十三頁，共32頁。 圖5-12電弧加熱吸鑄法制備大塊非晶合金的示意圖5.4.4電弧加熱法1）金屬（銅）模吸鑄法2021/1/414第十四頁，共32頁。 圖5-13模壓鑄造法制備大塊非晶合金示意圖2）模壓鑄造法2021/1/415第十五頁，共32頁。5.4.5電弧熔煉吸鑄法5.4.6定向凝固法2021/1/416第十六頁，共32頁。表5-1鋁基非晶合金和其他合金的抗拉強度、

比強度材料類型抗拉強度б比強度/（×106)非晶態合金11403.8超硬鋁5201.9馬氏體鋼18902.4鈦合金11002.42021/1/417第十七頁，共32頁。表5-2非晶態合金的主要特性及其應用性質特性舉例應用舉例強韌性屈服點3050；硬度500~1400刀具材料、復合材料、彈簧材料、變形檢測材料等耐腐蝕性耐酸性、中性、堿性、點腐蝕、晶間腐蝕過濾器材料、電極材料、混紡材料等軟磁性高磁導率，低鐵損，飽和磁感應強度約1.98T磁屏蔽材料、磁頭材料、熱傳感器、變壓器材料、磁分離材料等磁致伸縮飽和磁致伸縮約60×10-6，高電力機械結合系數約0.7振子材料、延遲材料等2021/1/418第十八頁，共32頁。非晶態合金制備技術式中，為單位體積的單原子數目；v為頻率因子；k為常數；T為絕對溫度；D為有效擴散系數；為晶胚必須克服的激活能；I為形核速率。根據經典形核理論，形核功表達式為

式中，為晶核與熔體間的界面能；為液固相自由能差，即結晶驅動力。(5-1)(5-2)2021/1/419第十九頁，共32頁。式中，a0為擴散跳躍的平均原子或離子直徑；為粘度，可以通過方程進行計算。式中，△為T0溫度下的熔化焓；△為T0溫度下的熔化熵；T0為液相與晶體相平衡的溫度；為等壓比熱容。式中，A為與溫度無關的頻率因子；為每個原子的勢壘高度；為發生反應所需的臨界構形熵；T為溫度；K為常數。(5-3)(5-4)(5-5)2021/1/420第二十頁，共32頁。式中，A為常數：K為常數；為自由體積。均勻成核率與生長率可表示為式中，，；K為常數；a0為平均原子直徑；為常數；為熔點溫度；f為界面上原子優先附著或者移去的位置分數。(5-6)(5-7)(5-8)(5-9)2021/1/421第二十一頁，共32頁。

等認為，在簡化條件α=α，其中αm為一常數，是時的α值，取α0.86，此時均勻成核率也可簡化為(5-10)(5-11)(5-12)(5-13)式中，R為氣體常數。式中，△為摩爾熔化焓。對于非晶，計算粘度:式中，為形核率系數。2021/1/422第二十二頁，共32頁。這樣，將方程式（5-8）、式（5-13）代入方程式（5-7）就可以計算得出達到10-6所需要的時間t為

式中，為合金的熔點；為曲線極值點所對應的溫度；為曲線極值點所對應的時間。(5-14)(5-15)2021/1/423第二十三頁，共32頁。

式中，n為合金的組元數；為第i組元的摩爾百分數；為第i組元的共價原子半徑；為第i組元的電負性。

式中，是第i組元元素的價電子數。對于過渡族金屬，等于s電子與d電子之和；對于含有p電子的元素，等于s電子與p電子之和。其中（5-16）其中（5-17）其中(5-18)2021/1/424第二十四頁，共32頁。(5-19)(5-20)(5-21)(5-22)(5-23)其中(5-24)其中(5-25)式中，是第i組元的熔點，其余符號的意義同前。2021/1/425第二十五頁，共32頁。

式中，為熔液在溫度廠時的粘度；為熔液的玻璃化轉變溫度。

式中，為溫度時的熔液粘度；為液相線溫度時的熔液粘度。(5-26)(5-27)(5-28)(5-29)2021/1/426第二十六頁，共32頁。

其中式中，A0為指前因子，與合金種類有關；為流動單元體積；為常數；h為常數；為流動單元在熔液中從一個平衡位置移動到另一個平衡位置時所需要克服的激活能。(5-30)2021/1/427第二十七頁，共32頁。根據式(5-30)，等人將式(5-29)簡化為：式中，x為合金系的種類；n為同一合金系中所研究的具體合金數目；為第i個合金在液相線溫度時的粘度(·s)。(5-31)其中(5-32)在式(5-31)的基礎上提出一個改進的過熱熔液脆性參數M*：2021/1/428第二十八頁，共32頁。=式中，為合金的玻璃轉變溫度；為合金的固相線溫度。過冷液相區寬度△被定義為起始晶化溫度與玻璃轉變溫度的差，即：△=表征合金的最新參數φ:

參數φ包括了參數和△.(5-33)(5-34)(5-35)2021/1/429第二十九頁，共32頁。為了簡化，取