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1、非晶態(tài)合金的制備技術(shù)09721343陳記龍非晶態(tài)合金發(fā)展綜述非晶態(tài)合金制備方法FormationofamorphousNi-Taalloypowdersbymechanicalalloying123目錄1、非晶態(tài)材料綜述非晶態(tài)材料主要可以分為以上四種類型非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)超導(dǎo)體非晶態(tài)聚合物M1M2M4M3非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金的發(fā)展193419501960現(xiàn)階段德國人克雷默采用蒸發(fā)凝聚法制備出非晶態(tài)合金是世界上有關(guān)非晶態(tài)合金研究的最早報道。布倫納等用電沉積的方法制備出了非晶態(tài)Ni-P合金，并用來做硬的耐磨和耐腐蝕的涂層。美國加
2、州理工學(xué)院的P.Duwez等發(fā)明了一種直接將熔融金屬急冷成非晶態(tài)金屬的方法。越來越多的研究者被吸引到此領(lǐng)域，競相發(fā)明不同的技術(shù)，并以此制備各種不同的非晶態(tài)合金?，F(xiàn)階段的發(fā)展20世紀(jì)70年代后，人們制備出厚度小于50μm、寬15cm的連續(xù)非晶薄帶20世紀(jì)80年代，Turnbull等采用氧化物包覆技術(shù)以10K/s的速度制備出厘米級的Pd-Ni-P非晶。最近，中科院金屬所的Ma等發(fā)現(xiàn)了尺寸可達(dá)25mm的Mg-Cu-Ag-Pd非晶態(tài)合金。1974年Chen在約103K/s的冷卻速度條件下用Pd-Cu-Si熔體首次得到毫米級直徑的非晶
3、。2003年，美國橡樹嶺國家實驗室Lu和Liu使Fe基非晶的尺寸從過去的毫米推進(jìn)到厘米級，最大直徑可達(dá)12mm。目前世界上尺寸最大的稀土基金屬玻璃材料—直徑為35mm的鑭基金屬玻璃體系，由浙江大學(xué)蔣建中等研制成功。非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特征與特性結(jié)構(gòu)特征非晶態(tài)結(jié)構(gòu)上與液體相似，原子排列是短程有序的。宏觀上可將其看作均勻、各向同性的。存在向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢，即原子趨于規(guī)則排列短程有序長程無序熱力學(xué)不穩(wěn)定性非晶態(tài)合金的長程無序、短程有序的特性導(dǎo)致非晶態(tài)金屬有著良好的機械性能、優(yōu)良的化學(xué)性能以及優(yōu)異的軟磁性能。對結(jié)構(gòu)研究建模的方法不連續(xù)模
4、型連續(xù)模型微晶模型聚集團模型等連續(xù)無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)模型硬球無規(guī)則密堆模型等為了進(jìn)一步了解非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)，通常在理論上把非晶態(tài)材料中原子的排列情況模型化，其模型歸納起來可分為兩大類。2、非晶態(tài)合金制備工藝非晶態(tài)材料制備主要以快冷凝固技術(shù)為主?？炖淠逃职崩浼夹g(shù)和大過冷技術(shù)。急冷技術(shù)就是將熔融液態(tài)金屬以液滴形式或以柱狀流、帶狀流形式傳遞到高導(dǎo)熱能力介質(zhì)上，以獲得極高的冷卻速度，從而得到非晶態(tài)金屬物質(zhì)。這種技術(shù)包括液滴噴射技術(shù)、急冷塊體高速旋轉(zhuǎn)技術(shù)(CBMS技術(shù))、雙輥快淬技術(shù)、平面流動鑄造技術(shù)(PFC技術(shù))、熔融金屬拉拔技術(shù)以及Pi
5、sto—Anvil技術(shù)等；大過冷技術(shù)包括多級霧化技術(shù)等(表1是各種可能的RSP技術(shù))。而其他方法則包括機械合金化(MA)、機械球磨(MM)、氣相沉積法等。在這些發(fā)展的制備技術(shù)中，尤以CBMS、PFC、MM、MA最為引人注目而且富有代表性，并為多數(shù)實驗室和企業(yè)研究與采用。2.1液滴噴射技術(shù)該技術(shù)也稱為霧化技術(shù)。其原理是用高壓氣體或液體將連續(xù)的液態(tài)金屬流擊碎為液滴。這種技術(shù)尤以Duwez的“槍”法最有代表性。該技術(shù)的成功之處在于：①限制了熔融金屬的量②快速霧化成小的液滴③推進(jìn)霧化液滴流越過一個小距離和短時間間隔與淬火基體進(jìn)行快速
6、沖擊，以釋放出熱量越過結(jié)晶與長大過程進(jìn)而快速凝固。氣體霧化法通過高速氣體流沖擊金屬液流使其分散為微小液滴，從而實現(xiàn)快速凝固。通常的氣體霧化法冷卻速度可達(dá)102K/s～104K/s,采用超聲速氣流可明顯改善粉末的尺寸分布，進(jìn)一步提高冷卻速度。冷卻介質(zhì)是該工藝中制備非晶合金一個主要因素。由于氦氣的傳熱速度快,采用氦氣作為射流介質(zhì),冷速比用氬氣大數(shù)倍。霧化法的生產(chǎn)效率高且合金粉末成球形，有利于后續(xù)的成型工藝消除顆粒的原始邊界，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。但與MS法相比冷卻速度較低，需嚴(yán)格控制合金成分。2.2急冷塊體高速旋轉(zhuǎn)技術(shù)(CBMS技術(shù)
7、)CBMS是該方法英文全稱ChillBlockMehSpinningProcess的縮寫。該方法主要特征是將熔融金屬噴射到一個用于冷卻目的的旋轉(zhuǎn)盤或旋轉(zhuǎn)輪表面上。該旋轉(zhuǎn)塊體以直達(dá)1000γ／min或300m/s的線速度旋轉(zhuǎn)。為了獲得快速冷卻，旋轉(zhuǎn)體由良好導(dǎo)熱材料制成，通常用紫銅。該方法獲得冷卻速率可達(dá)106K/S以上。單輥急冷法（MS法）將合金熔體噴射到一個快速轉(zhuǎn)動的冷卻銅輥表面,形成薄而連續(xù)的非晶合金條帶。將合金樣品置于石英管底部,調(diào)節(jié)石英管位置,使合金樣品處于感應(yīng)圈中部,啟動中頻電源,利用感應(yīng)加熱熔化合金樣品,啟動銅輥,
8、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速并設(shè)定值后,降低石英管,高壓氬氣推動合金熔體至冷卻銅輥表面,剝離氣嘴中噴出的高壓氣流將銅輥表面的合金條帶吹離銅輥,便可制得連續(xù)的非晶合金條帶。2.3濺射、氣相沉積法濺射是用離子把原子打出來,而氣相沉積法是利用熱能讓原子逸出來,兩者都是在基板上把逸出來的原子沉積固定在基板表面上。以
