Al-Co-Y合金系非晶的形成及其晶化过程

材料化学非晶材料的制备方法姓名：　学号：2016.11摘要：自从1960年美国加州理工学院杜威P．Duwez教授采用急冷方法制得非晶体至今，人们对非晶体的研究已经取得了巨大的成就，非晶硅以及其他非晶半导体、非晶的合金等一系列非晶产品已经得到了广泛的应用。

例如，过渡金属－类金属型非金属合金已经开始用于各种变压器、传热器铁芯；非晶合金纤维已经被用来作为复合材料的强化纤维；非晶铁合金作为良好的电磁吸波剂，已用于隐身技术的研究领域；某些非晶合金具有良好的催化性能，已被开发用来制作工业催化剂。

非晶硅和非晶半导体材料在太阳能电池和光电导器件方面的应用也已相当普遍。

[1]非晶由于其优异的物理性能，尤其是力学性能，日益引起注意。

本文就概述了一些常见的非晶的制备方法。

引言：对于自然界中各种形态的物质，按照原子的堆垛方式进行分类，可将这些物质分为两大类，一类称为有序结构组成的物质，另一类称为无序结构的物质。

晶体的原子结构堆垛为典型的长程有序结构，而气体、液体和诸如非晶态固体的原子堆垛都属于长程无序、短程有序结构，气体相当于物质的稀释态，液体和非晶固体相当于凝聚态。

非晶合金属于典型非晶态固体，相对于传统的晶体金属或合金来说，其具有长程无序、短程有序（或是中程有序）的结构特点。

正是这种独特结构的寻在，才能使非晶体表现出更好得优异的物理和化学性能。

而非晶合金的原子进行排列是因为存在脆性的类似于氧化玻璃的特点，因此又被称为金属玻璃。

非晶合金机构内部因为没有晶界、层错等缺陷，因此具有惊人的抗腐蚀性能，不存在偏析及异相等结构。

从热力学上讲，非晶合金是一种亚稳态结构，它的原子结构呈现出长程无序排列，有序性被严格限制在几个原子的尺寸范围内，非晶合金在一定的热力学条件下将转变为能量更低的晶态结构。

非晶材料这些特殊性质决定了其性能与晶体金属有很大差异，具有高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等特有的优异性能。

[2]正文：一、制备原理要获得非晶态，最根本的条件就是要有足够快的冷却速度，并冷却到材料的再结晶的温度以下。

非晶合金论文：非晶合金非晶形成能力热力学性质比热脆性【中文摘要】非晶的形成是凝聚态物理基础理论中一个重要问题和难题,涉及动力学和热力学的众多前沿问题。

通过研究金属非晶形成熔体的热力学特征、热力学和动力学相关性,预测材料的性质,对实际生产提供参考。

本文以热力学性质、脆性和非晶形成能力(glass forming ability, GFA)相关性研究为主线,通过DSC热分析、比热测量、高温黏度测量等试验手段对La基、Sm基和A1基非晶合金展开研究。

对于La基非晶合金,被广泛接受的热力学脆性参数F0.8、G3/4和动力学脆性参数m在一定程度上存在一致性。

从这两个热力学脆性参数的定义(过剩熵曲线的截距)出发,如果截距取不同的位置就会产生不同的结果,这种定义热力学脆性的方法之所以会产生歧义,是由约化过剩熵曲线和Angell曲线的不同形状导致的。

以斜率代替截距,本文定义了新的热力学脆性表达式mΔs和MΔs,其中MAs与m成正相关,优于F0.8、G3/4和mΔS。

在快速冷却制备大块非晶的过程中,Tm(脆性区域开始阶段)处的熵变速率,对于决定非晶形成在脆性区域的液体结构稳定性具有重要作用。

对Al-(Ni)-Yb体系黏度η、过热脆性M和GFA的研究表明,对于Al-Yb二元合金,原子百分比为8-11的范围内,熔体液相线黏度值ηL随Yb的增加而上升,且与合金非晶形成能力成正比。

加入过渡金属Ni后,Al-Ni-Yb三元体系中GFA 增强,液相线黏度ηL升高。

在Al-Yb和Al-Ni-Yb两种体系中,表征黏度变化率的流变激活能E和过热脆性M都可以在一定范围内与合金的非晶形成能力正相关,后者的应用范围更广泛,但在描述多种体系的非晶形成能力时都存在不足,如何使黏度更广泛的应用于GFA的预测还需要进一步的研究。

在对热力学性质和非晶形成能力的相关性研究中,提出了量化的参数A表示比热在熔体和过冷液体间转变时比热的变化速度。

发现对于Al基边缘非晶合金A较大(>35×10-3J/mol*K2),而对于大块非晶,A普遍较小(<35×10-3J/mol*K2)。

Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金微观结构及晶化行为的分子动力学模拟摘要非晶合金因其卓越的力学性能、高强度和良好的韧性而备受关注。

在这些合金中，Zr-Al-Ni-Cu合金具有很好的应用潜力。

为了深度了解Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为，本探究基于分子动力学方法进行了模拟。

1. 引言非晶合金是一类具有无序非晶态结构的合金，其在固态状态下具有高强度、良好的韧性和优异的耐腐蚀性能。

在近几十年的探究中，非晶合金已经广泛应用于磁性材料、电子器件和结构材料等领域。

2. 探究方法本探究使用分子动力学方法对Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为进行模拟。

起首，通过选择合适的势能模型，定义合金原子间互相作用。

然后，依据所选势能模型和初始条件，进行时间演化的模拟计算。

3. 模拟结果与分析通过模拟，我们探究了不同组成比例的Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为。

结果表明，在合适的组成范围内，Zr-Al-Ni-Cu合金可以形成非晶态结构。

同时，我们还观察到非晶合金在加热过程中会发生晶化现象。

通过分析晶化过程中的原子扩散和晶格结构的演化，我们发现晶化过程往往伴随着原子的扩散和晶格的重新排列。

4. 晶化行为的影响因素在探究中，我们着重探讨了晶化行为的影响因素。

起首，我们发现合金的成分对晶化行为有明显影响。

Zr-Al-Ni-Cu合金中Al和Ni含量的变化会改变合金的晶化温度和速率。

其次，晶化过程中的结构异质性也会影响晶化行为。

合金中存在的微观缺陷和晶界会催化晶化过程，加快晶化速率。

最后，外界温度和压力的变化也会对晶化行为产生影响。

随着温度的提高，合金的晶化速率加快；而提高压力则延缓晶化速率。

5. 应用前景和展望Zr-Al-Ni-Cu合金由于其优秀的力学性能和良好的韧性而具有宽广的应用前景。

对其微观结构和晶化行为的探究有助于深度了解这类非晶合金的材料特性，从而进一步优化合金设计和制备工艺。

将来的探究可以进一步探讨合金的晶化机制、晶体生长动力学以及晶化行为对材料性能的影响。

非晶态合金的形成条件与制备方法非晶态合金是一种特殊的材料，其具有非晶态结构和特殊的性能。

它的形成条件和制备方法是研究这一材料的重要内容。

一、形成条件非晶态合金的形成需要满足一定的条件，主要包括以下几个方面：1. 快速凝固条件：非晶态合金的形成需要在非常短的时间内将液态合金快速冷却到玻璃转变温度以下，使其无法发生晶化。

因此，需要使用特殊的快速凝固技术，如快速凝固法、溅射法、等离子体法等。

2. 成分设计：合金的成分对非晶态结构的形成起着重要作用。

一般来说，非晶态合金的成分应具有高浓度的合金元素，以增加原子间的相互作用，阻碍晶体的长程有序排列。

3. 合金元素选择：合金元素的选择也是形成非晶态合金的关键。

一般来说，合金元素应具有较大的原子半径不匹配度，以增加原子间的扭曲和不规则性，从而阻碍晶体的形成。

4. 冷却速度控制：非晶态合金的形成需要控制合金的冷却速度。

通常情况下，冷却速度越快，非晶态合金的形成越容易。

因此，需要采用合适的冷却方式和工艺参数，如快速冷却、淬火等。

二、制备方法非晶态合金的制备方法有多种，常用的方法包括以下几种：1. 快速凝固法：这是最常用的制备非晶态合金的方法之一。

该方法通过将合金液体迅速冷却，使其在非晶态温度范围内快速凝固。

常用的快速凝固方法包括冷轧、快速淬火、溅射等。

2. 溅射法：该方法是将合金靶材溅射到基底上，形成薄膜或涂层。

溅射过程中，由于原子的高能量状态和相互碰撞，可以使合金在非晶态条件下形成。

这种方法可以制备非晶态合金薄膜或涂层，具有广泛的应用前景。

3. 熔体淬火法：该方法是将合金加热到液态状态，然后迅速冷却至非晶态转变温度以下。

通过控制冷却速度和温度梯度，可以制备出非晶态合金。

这种方法适用于大块非晶态合金的制备。

4. 等离子体法：该方法是利用等离子体的高温和高能量特性，将合金加热到液态状态，然后迅速冷却。

等离子体法可以制备出高质量的非晶态合金，具有较好的工艺可控性和成品质量。

精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-02-21 Received ：2024-02-21引文格式：曹梓恒, 郭威, 吕书林, 等. 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 62-75. CAO Ziheng, GUO Wei, LYU Shulin, et al. Progress in Research on Preparation, Properties and Application of Al-based Amor-phous Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 62-75. *通信作者（Corresponding author ） 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展曹梓恒1，郭威1,2,3*，吕书林1，王锦程2，吴树森1（1.华中科技大学 材料科学与工程学院 材料成形与模具技术全国重点实验室，武汉 430074；2.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，西安 710072；3.深圳华中科技大学研究院，广东 深圳 518057） 摘要：铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景，综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。

首先，介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系，目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系，以及综合性能和形成能力2大方面，多元体系表现更佳，并逐渐向更多元化发展；其次，系统介绍了铝基非晶合金的制备方法，包括粉末状、薄带状、块体样品的制备，相较于非晶薄带的制备，块体和粉状的制备方法较为丰富，而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料；随后，详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势，从性能上来看，铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好，目前主要以涂层的形式参与应用，除此之外，研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究，由于玻璃形成能力的限制，作为结构材料的应用较少；最后，对其未来应用前景进行了展望，认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。