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《材料制備新技術(shù)(許春香)__第五章_非晶態(tài)合金制備技術(shù)ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第5章非晶態(tài)合金制備技術(shù)5.1非晶合金態(tài)的概述非晶合金態(tài)是指固態(tài)合金中原子的三維空間呈拓撲無序排列，并在一定溫度范圍內(nèi)保持這種狀態(tài)相對穩(wěn)定的合金。微觀特性：宏觀特性：非晶態(tài)材料在性能上的優(yōu)勢（與晶態(tài)材料相比）：1960年美國加利福尼亞大學(xué)的杜威茲（Duiwez)教授等提出”金屬玻璃“概念。非晶合金是短程有序、長程無序的。圖5-1液態(tài)金屬結(jié)晶開始時間與過冷度的關(guān)系5.1.1非晶態(tài)的形成獲得非晶態(tài)的主要途徑：1）低臨界冷卻速率的合金系統(tǒng)；2）發(fā)展快速冷卻的技術(shù)。圖5-2氣體、固體、液體的原子分布函數(shù)5.1.1非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特征5.1.1.1結(jié)構(gòu)的長程無序性和短程有序性5.1.1.2熱力學(xué)的亞穩(wěn)定性
2、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(tài)合金的性能5.1.3.1優(yōu)異的力學(xué)性能材料類型抗拉強度бb/MPa比強度/（×106/cm)非晶態(tài)合金11403.8超硬鋁5201.9馬氏體鋼18902.4鈦合金11002.4圖5-3晶體與非晶體在變形機理上的區(qū)別5.1.3.2特殊的物理性能圖5-4晶體與非晶合金在30℃HCl溶液中腐蝕速度5.1.3.3優(yōu)良的耐腐蝕性5.2大塊非晶合金形成的經(jīng)驗準則5.2.1混亂原則5.2.2Inoue三條經(jīng)驗準則1）多組元體系組成應(yīng)該超過3種元素；2）主要組元元素在原子的尺寸方面應(yīng)該有明顯不同（>12%)；3）主要成分元素具有負的混合熱。其
3、中，在多成分合金體系中，滿足Inoue的三個經(jīng)驗準則：1）原子構(gòu)造具有高的隨機堆垛密度；2）新型的局域原子結(jié)構(gòu)與相應(yīng)晶相的原子結(jié)構(gòu)不同；3）在長程方面具有多成分均勻的原子結(jié)構(gòu)。5.2.3二元深共晶點計算法（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(shù)：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（a）直線移動法（b）旋轉(zhuǎn)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（a）銅
4、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圖5-10噴鑄—吸鑄技術(shù)制備塊體玻璃設(shè)備工藝簡圖5）噴鑄-吸鑄法圖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5.4.5電弧熔煉吸鑄法5.4.6定向凝固法表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бb/MPa比強度/（×106/cm)非晶態(tài)合金11403.8超硬鋁5201.9馬氏體鋼18902.4鈦合金11002.4表5
5、-2非晶態(tài)合金的主要特性及其應(yīng)用性質(zhì)特性舉例應(yīng)用舉例強韌性屈服點E/30~E/50；硬度500~1400HV刀具材料、復(fù)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(dǎo)率，低鐵損，飽和磁感應(yīng)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(jié)合系數(shù)約0.7振子材料、延遲材料等非晶態(tài)合金制備技術(shù)式中，為單位體積的單原子數(shù)目；v為頻率因子；k為Boltzmann常數(shù)；T為絕對溫度；D為有效擴散系數(shù)；為晶胚必須克服的激活能；I為形核速率。根據(jù)經(jīng)典形核理論，形
6、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(jié)晶驅(qū)動力。(5-1)(5-2)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Volgel-Fulcher方程進行計算。式中，△Hf為T0溫度下的熔化焓；△Sf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(guān)的頻率因子；為每個原子的勢壘高度；為發(fā)生反應(yīng)所需的臨界構(gòu)形熵；T為溫度；K為常數(shù)。(5-3)(5-4)(5-5)式中，A為常數(shù)：K為常數(shù)；Vf為自由體積。均勻成核率與生長率可表示為式中，，；K為Boltzmann常數(shù)；a0為平均原子直徑；Nv為Avogadro常數(shù)；Tm為熔點溫
7、度；f為界面上原子優(yōu)先附著或者移去的位置分數(shù)。(5-6)(5-7)(5-8)(5-9)urnball等認為，在簡化條件α=αmTr，其中αm為一常數(shù)，是T=Tm時的α值，取αm=0.86，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(shù)。式中，△Hm為摩爾熔化焓。對于非晶，計算粘度:式中，Kn為形核率系數(shù)。這樣，將方程式（5-8）、式（5-13）代入方程式（5-7）就
