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块体非晶合金形成机理及成分设计研究述评 兰州理工大学袁子洲。 王冰霞郝雷陈学定 摘 要 简要回顾了块体非晶合金的发展历史，综合评述了块体非晶合金形成的控制因素，从热力学、动力学和结构三方 面讨论了块体非晶合金的形成机理，并介绍了块体非晶合金的成分设计准则。指出要使合金形成块体非晶，首先应使合金 熔体具有高密度的无规密堆拓扑结构，最大限度地抑制过冷熔体的均质形核及晶核生长；其次，应有适当高的冷却速率，同 时减少或消除异质形核。 关键词：块体非晶控制因素形成机理成分设计综述 中图分类号：删．5 文献标识码：A 非晶态是人们早已熟悉的一种物质形态。它最早 是指熔体、或不具有晶体结构的非金属物质。虽然在上 个世纪30年代已经在低温蒸镀和电镀薄膜中发现金属 也可以形成非晶态，此后又有用电沉积法制备出Ni．P 非晶态的报道，但是直到1960年DuwezuJ创立了快速凝 系可以在非常宽的低共晶组分范围内形成非晶。第三 固技术并应用这一技术从合金熔体中制备了Au．Si非 晶态合金后，非晶合金才作为一种重要的新型金属材料 被人们重视并加以研究。 得比较晚，1977年才首先发现属于这一类的合金，以后 与非晶聚合物及无机非晶材料一样，非晶合金在物 理、化学及力学性能方面是各向同性的并随温度的变化 的非晶合金13，4|。 呈现连续性。非晶合金在热力学上处于介稳状态，在晶 非晶合金研究的第二阶段始于1989年，其主要特 化温度以上即可克服一定大小的能垒而转变成晶态。 征是非晶形成机理的研究有了突破，人们的主要注意力 组成非晶合金的原子在空间排列不呈现周期性和平移 不再放在如何提高合金液的冷却速度，而是通过增加组 对称性，即不存在长程有序，结构上无晶界与层错等缺 元数、选择合适的成分体系以及元素配比来抑制晶态相 陷i但与理想气体的完全无序不同，它们以金属键作为 的形核和长大，从而提高合金的非晶形成能力，降低形 其结构特征，在几个晶格常数范围内保持短程有序怛J。 成非晶所需的临界冷却速度。近十几年来，分别以镁、 非晶合金特殊的原子结构使其具有各种独特的机械、电 锆、铁、钛、镍、钴、铜、钙及镧系金属为基的块体非晶合 磁及抗腐蚀性能，随着20世纪80年代后期多组元块体金相继被研制出来b6J。这些合金的临界冷却速度都 非晶合金的出现，非晶合金的研究受到各国更加广泛的 重视，人们对块体非晶制备方法、形成机理、合金体系、 都可以用传统铸造方法，如铜模铸造法、高压模铸法、吸 性能及其应用等都进行了大量的研究并取得了重大的 铸法、模压铸造法等铸造工艺生产出厚度大于lⅡ蚰的 进展。 7|。为了 全非晶制品，其最大厚度可以达到72咖左右r 区别于需要极高临界冷却速度的传统非晶合金，目前低 1 非晶合金的发展历史 临界冷却速度的块体非晶合金常常被称为金属玻璃。 非晶合金的发展大致经历了两个阶段。第一阶段 块体非晶合金的成分体系可以分为五组bJ。第一 为1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶 合金薄带)。1989年。这段时期，人们主要通过提高冷 第二组由删、ⅢM及类金属元素构成，例如Fe—z卜B、 却速度(≥104K／s)来获得非晶合金，因而得到的基本是 非晶合金薄膜、薄带或粉末。所研究和制得的主要是二 元合金。可分为三大合金系。第一类合金系由过渡族 金属或贵金属与类金属组成，如Pd—si、Fe．B等。类金属 的含量为10一30％，恰好在低共晶点组分附近；第二类 收稿日期：2004—02—02 2806145，E—11lail：093lyI