块体非晶合金具有众多的优势和应用空间,但其缺陷依然不可忽视。研究发现,块体非晶常温下的塑形很差,对其断裂方式分析发现其为剪切断裂,如此短板使该材料在应用领域也受一些限制。
图1。1 非晶合金相比以往合金的断裂强度、维氏硬度与杨氏模量的关系[4]
1。3 非晶合金制备
图中显示,在高温下的液态合金如果低速降温,那么它很有可能形成晶体合金;假如液态合金快速冷却,那么它更有可能形成非晶合金。非晶合金制备中首要的就是对高温下液态合金降温时非均匀形核的控制,根据其性质非晶合金制备需要注意一些几点:(1)冷却一定要迅速,冷却速度越快对抑制形核越有效果。(2)炉内气氛的控制,熔炼之前一定要让炉内达到高真空状态,并充入氩气等保护气,减少氧化膜的生成。(3)注意材料的纯度,防止杂质的产生,以防非均匀形核。一般选用以下方法。
图1。2 非晶合金形成的原理图(①为低速冷却曲线 ;②为快速冷却曲线)
1。3。1 铜模吸铸法
将配好的材料放在电弧炉铜模之中,抽成高真空后充入氩气,引弧后电弧与材料瞬间放出大量的热,控制上方的把手,将材料全部熔成液态。当材料全部熔成液态后,将石英玻璃管插入液态金属中,调整石英管内的气压,使其低于炉内气压,完成好后打开石英管的活塞,使金属液体瞬间注入石英管中。后将石英管快速降温,可使用循环水冷却。此种方法制备方便,不会让非晶棒内产生孔隙,缺点在于它的冷却速率会受到影响。文献综述
1。3。2 磁感应加热法
在铜坩埚内放入熔炼需要金属,外部放置感应线圈。将内部抽成真空,冲入氩气等惰性气体。打开电源,由于感生电流,铜坩埚内瞬间产生大量的热,坩埚内金属慢慢熔化,当熔融完全后,关闭电源,给铜坩埚通冷却水,使液态合金快速降温。此方法的缺陷是,电流需要可以调节,铜坩埚需要铜循环水,对实验设备要求较高,并且冷却速度不会很快。
1。3。3 粉末烧结法
这种方法首先要进行非晶粉末制备,利用机械合金化法,气相沉积法等等,再对得到的非晶粉末进行挤压,得到块状试样,并且进行烧结,最终得到非晶样品。此种方法可以烧结出尺寸大、成分复杂、纯净程度更高、难以用熔炼等方式得到的大块非晶合金。缺点是此方法制成的合金内部可能有孔隙,并且形状不够精确,纯度不高的非晶,但是此方法应用范围很广,可以烧结发杂原料的非晶合金。
1。4 非晶合金应用
井上教授总结了块体非晶合金的各项突出性能,如表1。1所示。如今这些材料很多已经活跃在了各自的领域里,也有的依然在继续的研究当中块体非晶合金应用领域[5]。