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技术服务

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技术服务 / TECHNICAL SERVICES

什么是非晶态合金?

【摘要】:
。非晶态合金与液态一样具有近程有序而远程无序的结构特征。

简介

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物质就其原子排列方式来说,可以划分为晶体和非晶体两种。材料的原子呈规则排列的就是晶体;原子呈无规则排列的就是非晶体。1960年美国用快冷首次获得了非晶态的合金
 
,1967年又得到非晶合金
 
,并发现非晶态金属具有很多常规晶态金属所不具备的优越性能。由于非晶含金在结构上与玻璃相似,故亦称为。 [1] 
随着对非晶态合金研究的深入,各种非晶态合金所具备的优异物理性质、化学性质和力学性质逐渐被人们认识,越来越多的非晶态合金也将会替代传统材料应用于工程、精密机械、信息、航空航天器件、国防工业等高新技术领域,成为提高性能和发军功能性的关键材料。

特点

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(1)高强韧性。其抗拉强度可达到3000 MPa以上,而超高强度钢(晶态)抗拉强度仅为1800~2000 MPa。另外,许多淬火态的非晶态合金薄带可反复弯曲,即使弯曲180°也不会断裂。
(2)耐腐蚀性。它具有很强的耐腐蚀性,其主要原因是凝固时能迅速形成致密、均匀、稳定的高纯度钝化膜。
(3)优良的磁性。与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,具有高的,低的损耗,是优良的。
(4)工艺简单、节能、环保。非晶合金薄带成品的制造是在炼钢之后直接喷带的,只需一步就完成制造,工艺大大简化,节能,无污染,有利于环境保护。 [1] 

分类

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材料学家从合金的成分、制备工艺和应用性能等方面出发,已经开发出一些非晶合金体系。
(1)铁基非晶合金。
铁基非晶合金的主要成分为Fe、Si、B、C、P。其特点是磁性强,软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替代硅钢片,用作中低频变压器的铁芯。
(2)铁镍基非晶合金。
铁镍基非晶合金的主要成分为Fe、Ni、Si、B、P。其特点是磁性比较弱,但磁导率比较高,价格较贵,可以代替硅钢片或者坡莫合金(Fe-Ni合金),用作高要求的中低频变压器铁芯。
(3)钴基非晶合金。
钴基非晶合金的主要成分为Co、Fe、Si、B。其特点是磁性较弱.但磁导率极高,价格很贵,一般替代坡莫合金和铁氧体用于要求严格的军工电源中的变压器、电感等。
(4)铁基纳米品合金(超微晶合金)。
铁基纳米晶合金的主要成分为Fe、Si、B和少量的Cu、Mo、Nb等,其中Cu和Nb是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们先被制成非晶带材,然后经适当退火.形成微品和非品的混合组织。这类合金的突出优点是兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,是成本低廉的铁基材料。它可替代钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,以达到减小体积、降低成本等目的。 [1] 

制备

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非晶态合金的制备可采用液相急冷法、气相沉积法、注入法等。液相急冷法即通过快速冷却来获得非品态固体材料。从理论上说,任何液体都可通过快速冷却获得非晶态,但事实证明,不同的物质形成非晶态所需要的冷却速度大不相同。例如,对于(玻璃)和有机聚合物来说,在正常的冷却速度下都可以获得非晶固体;而,只有当冷却速度越过临界冷却速度,使其来不及形核和核长大就被凝固住了,才能得到非晶态。如今,采用的一种快速凝固的工艺已能制出粉末状、丝状、带状等非晶态合金材料。如将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上,钢液以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。 [1] 

应用

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在非晶态合金的应用中,最早考虑到这种新型材料的和强度性能,把这类材料用于帘布、刮胡须刀片等方面后来发现,非晶态合金具有非常好的磁特性,从此,非晶态磁性合金的研究和应用便得到了重视。随着非晶态理论、工艺及材料的深入研究,各国的研究工作者对非晶态合金的应用进行了极其广泛的探索,越来越多地取得了实验性和工业性实验结果。
如今,非晶态合金在磁性器件方面的应用不仅取得了很大的进展,而且取得了极大的经济效益,在机械、化学、医学等方面也都有了很好的应用。 [2] 
日常生产生活中接触的非晶态材料已经很多,例如,用非品态合金制备的高耐磨音频视频磁头在高档录音、录像机中的广泛应用。常常有人对图书馆或超市中书或物品中所暗藏的报警设施感到惊讶,其实,这不过是非晶态软磁材料在其中发挥着作用,非晶合金条带可以夹在书籍或者商品中,也可以作成商品标签,如果商品尚未付款就被带出,则在出口处的检测装置就会发出信号报警。用非晶态合金制作配电变压器铁芯,它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗下降75%左右,空载电流下降约80%,是节能效果较理想的配电变压器,特别适用于电效率低的农村电网。在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用。