非晶态合金的优异性能及应用-

1、文章编号:1003-0794(200502-0074-04非晶态合金的优异性能及应用王翠玲1,吴玉萍2(1.山东科技大学材料学院,山东青岛266510;2.东南大学,南京210096摘要:非晶态合金在原子排布上完全不同于晶态金属,它没有晶粒和晶界,是单相无定形结构,没有像晶体那样的结构缺陷,如晶界、孪晶、位错、层错等。微观结构决定了它具有一系列优良的特性,如高强度、高硬度、韧性好、耐蚀等,综述了非晶态合金的一些特有的优良性能及其在各方面的应用。关键词:非晶态;金属玻璃;无定形结构中图号:TG14文献标识码:A !前言非晶合金也称为金属玻璃(Metglass ,是通过急冷手段使合金液快速凝固,致

2、使固态合金内部原子在室温下还保持着类似于液态结构的混乱排列的固态物质状态,它兼有金属和玻璃特性。由于非晶态合金在原子排布上完全不同于晶态金属,微观结构决定了它具有一系列新的特点:良好的机械性能、优异的物理性能和特殊的化学性能。"机械性能非晶态合金具有非常优异的材料性能。非晶态合金硬度、强度、韧性和耐磨性与晶体材料相比具有明显优势。非晶态合金具有很高的抗拉强度和硬度。非晶态合金的硬度与添加元素的种类、数量有很大关系,其硬度可达HV1400。非晶态合金的抗拉强度高于!一般实用金属,接近于金属晶须。其中铁基和铬基次方框图表示。 图#系统的数据结构Fig.#The data structur

3、e of system#结语本系统是整个工艺管理系统的一个组成部分,它可很好地实现以下基本功能:根据工作需求情况建立相关数据处理(增加、删除、送审、查询等,并具有网络操作功能(可通过网络对整个工程的具体要求和注意事项进行监控和审批;由于限制操作员的登录身份,即使查询其他信息,也不可更改,能够使工作具有保密性和可靠性;由于系统程序及数据库可更改,可为系统维护人员的日后维护工作提供保障。参考文献:1王道义,乔陶鹏,李颖鹏,等.Visual Basic6使用详解M .北京:机械工业出版社,1999.2张海藩.软件工程导论M .北京:清华大学出版社,1998.3俞盘祥,沈金发.数据库系统原理M .北京

4、:清华大学出版社,1988.作者简介:蔚彩蓉(1970-,山西忻州人,毕业于山西矿业学院.收稿日期:2004-11-02Analyze a Design of Process Management System Based on Visual BasicYU Cai-rong(Higher Profession Technology College ,University of Science and Technology Inner Mongolia ,Baotou 014010,China Abstract :The paper mainly describes design ideal

5、of exploitation in process management system and data process during exploitation.Application software makes a good action to process management information system in working ,gives a lot of help for sharing information ,saving ,checking -up in time ,turning over ,controls and manages process compil

6、e very well and orderly.There is a reliable warranty to the questions happened in process compile.It controls the disadvantage finished in no time.Key words :process management ;checkup and register ;process compile47煤矿机械2005年第2""""""""""""

7、""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

8、"期非晶态合金的抗张强度可达4000MPa左右,镍基的非晶态合金也可达到3500MPa左右。在晶态合金上施加剪应力,以位错为媒介,在特定的晶面上产生滑移。非晶态合金没有界面,所以原子只能成集团地移动。若使其变形必须施加更大的外力,即提高了屈服强度。铁基非晶态合金Fe80B20屈服强度为3500MPa,远远超过常用的超高强度的马氏体时效钢2000MPa。陆关兴、陈绯等人提到非晶态合金具有较高强度是因为有非常强的金属-类金属化学键,另外,非晶态合金没有像晶体合金那样的位错、层错、堆垛等缺陷,而是一种混乱的无序结构,在化学上有高度的均匀一致性。非晶态合金的无序结构使它具有高强度,同时又具有

9、高塑性和冲击韧性。它在变形时无加工硬化现象。低温时的塑性变形为不均匀变形,而高温时显示出均匀的粘滞性流动。非晶态金属的动态性能也很好,它有高的疲劳寿命和良好的断裂韧性。和非金属玻璃的脆性断裂不同,它的断裂是通过高度局域化的切变变形实现的。许多非晶态金属玻璃带,即使将它们对折,也不会产生裂纹。对于金属材料,通常是高强度、高硬度而较脆,而非晶合金则两者兼顾,它们不仅强度高,硬度高,而且韧性也较好。用非晶态合金和其它材料可以制成高强度的复合材料,也可以单独制成耐磨器件。采用非晶丝复合强化的高尔夫球杆、钓鱼杆已经面市。采用非晶态合金制备的高耐磨音频、视频磁头已经在高档录音、录像机中广泛应用。非晶态合金

10、还可以用作涡轮材料、弹簧材料、轮胎、传送带、高压管道的增强纤维以及特殊切削刀具等。!化学性能(1耐蚀性能由于没有晶粒和晶界,非晶态合金比晶态金属更加耐腐蚀,非晶态耐蚀合金不仅在一般情况下不发生局部腐蚀,而且对于在特殊条件下诱发的点蚀与缝隙腐蚀也能抑制其发展。非晶态合金比相同的晶态合金具有低得多的腐蚀速度,甚至可以低几个数量级。例如,铁基非晶态合金Fe72Cr8P13C7在1N的HCl中浸渍168h(30,几乎没有重量上的变化,而在同样条件下, 18Cr8Ni的不锈钢却以10mm/a的速率被盐酸腐蚀掉。这种铁基非晶态合金已成为化工、海洋等一些易腐蚀环境中应用设备的首选材料。非晶态合金耐蚀性好主要

11、是由于非晶态合金表面钝化膜的形成和非晶态的均匀性。非晶态合金是单相无定形结构,无结构缺陷,如晶界、孪晶、晶格缺陷、位错、层错等,而且没有异相、析出物、偏析以及其它成分起伏。非晶态合金没有这些缺陷和成分起伏,从而保证了高度均匀的耐蚀钝化膜的形成。从合金的微观结构均匀性和化学成分特殊性而言,减少了在腐蚀介质中的微电池腐蚀。利用非晶态合金耐腐蚀的优点,可以制造耐蚀管道、电池电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化学工业的催化剂,目前都已达到了实用阶段,非晶态合金的耐蚀性还可用于长期在泥沙、水流中工作的水轮机上,将大大提高其使用寿命,减少维修费用。(2催化性能非晶态合金表面能高,可连续改变成分,具有明显的催

12、化性能。非晶态合金具有无定形结构,在热力学上处于不稳定或亚稳状态,从而显示出独特的物理化学性质:非晶态合金短程有序,含有很多配位不饱和原子,富于反应活性,从而具有较多的表面活性中心。非晶态合金长程无序,其表面保持液态时原子混乱排列,有利于反应物的吸附。而且从结晶学观点来看,非晶态合金不存在通常结晶态合金中晶界、位错和偏析等缺陷,在化学上保持近乎理想的均匀性,不会出现不利于催化的现象。已有研究表明,其活性高于相应的晶态合金,并且有特殊的选择性,是一类很有发展前途的新型催化剂。近年来,报道的非晶态合金催化剂主要有:金属+金属型,如Ni-Zr、Cu-Zr、Pd-Zr等;金属+类金属型,如Fe-B、N

13、i-P、Ni-B等。反应类型主要有加氢、脱氢、异构化、电极催化等。近年来,对M-P、M-B(M=Ni、Co、Fe、Pd、Ru、Pt等等类型的非晶态合金催化剂对不饱和化合物的加氢性能研究较多。非晶态合金的制备及催化性能的研究近年有很大的进展,人们相继制备出许多不同组成的非晶合金NiP、NiB。非晶合金Ni主要用于烯烃、二烯烃、羰基加氢和葡萄糖加氢制山梨醇等。研究表明,粒度为1050nm的非晶态NiB催化苯加氢时,活性是骨架镍的40倍,活化能为27kJ/mol。王文静、严新焕等报道了Ni-B非晶态合金催化剂对卤代硝基苯液相加氢的催化性能,发现其催化活性和选择性显著优于其它Ni基催化剂,表明该催化剂

14、具有潜在的工业化应用前景。采用Ni-B非晶态合金催化剂可大幅度降低加氢脱卤,很好地解决了卤代硝基化合物加氢脱卤的难题,具有很大的优越性。非晶态合金优良的催化活性,可用在电解水及572005年第2期非晶态合金的优异性能及应用王翠玲,等燃料电池的电极材料及加氢反应的催化剂上。Ni-S或Ni-P非晶态合金对氢的析出有催化作用,使氢析出过电位大幅度降低;同时,Ni-Mo合金的优良析氢催化性能也已被人们广泛研究,目前广泛认为它是一种极为理想的阴极析氢反应电极材料。(3贮氢性能储氢材料的研究源于人类对于自身可持续发展的需要,人们发现某些非晶态合金通过化学反应可以吸收和释放出氢,可以用作贮氢材料,目前研究较

15、多的是镁基非晶合金。镁基储氢材料以其高储氢量和价格便宜引起了人们的广泛关注,制备出具有良好的吸放氢热动力学性能的镁基储氢材料,这必将大大加速氢能的大规模利用的进程。应用反应球磨的方法,王尔德等制备出Mg-Ni-V2O5纳米晶复合储氢材料,当球磨时间超过130 h时,部分样品已呈非晶化状态;该材料200吸氢量为6.2%(质量分数,在30、12min内放氢量达到了6.0%(质量分数。!物理性能(1磁学性能非晶态合金具有良好的磁学性能,它具有磁导率和饱和磁感应强度高,矫顽力和损耗低的特点。非晶态合金的磁性能实际上是迄今为止非晶态合金最主要的应用领域。具有高导磁率的非晶态合金可以代替坡莫合金制作各种电

16、子器件,特别是可弯曲的磁屏蔽。Ni-P 合金当其变成非晶态结构后失去磁性,因而具有磁遮蔽性能。例如在磁盘的铝基板上电镀Ni-P非晶态薄膜之后,再在上面添加一层磁记录材料,底层非晶态镀层可起到很好的磁遮蔽作用。早在1977年,美国一公司就以急冷方法制取23mm宽的非晶态金属带编织的产品作为磁屏蔽材料出售。廉价的非晶铁基合金在汽车部件、软盘、磁共振装置上作为屏蔽正在迈向实用化,代替常规的铁板和坡莫合金。非晶态合金的硬度高、耐磨性好、使用寿命长,而且有良好的频响特性和稳定性,与常用的坡莫合金比较,在相同偏磁电流下,失真度可降低一倍,适合做非晶态磁头。上海冶金部钢铁研究总院的朱祥宾、东北大学的王俊健、

17、朱永山开展了高Bs非晶磁头材料、非晶态录像磁头材料、非晶带材的耐磨性及脆性等的研究。伴随着非晶态材料基础研究、制备工艺和应用产品开发的不断进步,各类非晶态材料已经逐步走向实用化。特别是作为软磁材料的非晶合金带材已经实现了产业化,并获得了广泛应用。其中在传统电力工业中,非晶软磁合金带材正在取代硅钢,使配电变压器的空载损耗降低70%以上,从节能和环境保护角度被誉为绿色材料。据悉,我国农村电网已配有电变压器200多万台,其中30100kVA的小型变压器占80%以上。由于农用变压器年利用率低,多数时间处于空载运行状态,因此,利用非晶软磁合金做配电变压器,对农电非常有利。例如,1台15kVA的小型配电变

18、压器24h内要消耗322W的电力,若改用非晶态合金做铁芯,可以降低一半的电力损耗;用非晶合金做电机铁芯,铁损可降低75%,节能意义很大。据专家预测,在未来的电子技术中非晶态合金占有十分重要的位置,并将成为21世纪电子元器件的基础,因而被称为跨世纪的新型功能材料。(2光学性能金属材料的光学性能受原子的电子状态所支配,某些非晶态金属由于其特殊的电子状态而具有十分优异的对太阳光能的吸收能力。所以利用某些非晶态材料能够制造出相当理想的高效率的太阳能吸收器,目前应用较多的是非晶态材料为非晶硅。非晶硅太阳能电池就是利用对太阳光能的吸收产生的光电流和光电压。胡志华,廖显伯等人报道了用等离子体增强汽相化学沉积

19、(PECVD方法在较低衬底温度(170和适当氢稀释条件下获得具有光敏性的宽带隙非晶硅材料,这种材料具有带隙宽、光敏性好的特点。非晶硅太阳电池的应用市场有2个方面:一个是弱光电池市场,如计算器、手表等荧光下工作的微功耗电子产品;二是电源及功率应用领域,如太阳能收音机、太阳帽、庭园灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测及光伏水泵、户用电源等。非晶硅(-Si在液晶光阀中是作为光电导层在使用,它起着记录信号源图像以控制液晶层电压的作用,它将接收到的写入信号转变为薄膜阻抗(即受光照区的阻抗比未受光照区的阻抗小,光信号通67非晶态合金的优异性能及应用王翠玲,等2005年第2期过这种转换阻抗信号的方式在光

20、电导层中保留下来。非晶态合金薄膜还有好的可见光透过率。马瑾、黄树来等采用射频磁控溅射法制备出了高质量的ZnO -SnO 2薄膜,薄膜为非晶结构,在可见光范围的平均透过率达到了90%。制备的Zn -SnO 2膜具有很好的物理和化学稳定性,与玻璃衬底有着良好的附着性,是一种新型的透明导电材料。(3其他性能非晶态材料还有室温电阻率高和负的电阻温度系数。例如,大多数非晶态合金的电阻率比相应的晶态合金高出23倍。许多合金都可用于制备薄膜电阻,尤其是Ni -Cr -P ,Ni -Mo -P 合金,其薄膜具有优良的电阻性能。然而化学镀获得的薄膜在高温、高湿度环境下缺乏耐久性,因而不太实用。为了进一步改善其性

21、能,应使薄膜转变为稳定的耐热结构。非晶态Ni -Mo -P 合金与Ni -P 合金相比,电阻随温度的上升变化不大,直到400,其阻值也没有多大变化,因此,该薄膜可作为一种热稳定性高的电阻材料使用。非晶态合金具有恒定的热膨胀性能,可以用在铁镍合金上。非晶态合金还具有耐放射损伤性能,在核反应炉用部件上得到了广泛应用。非晶态金属还具有良好的抗辐射能力,使其在火箭、宇航、核反应堆、受控热核反应等领域具有特殊的应用前景。综上所述,非晶态合金强度、硬度高,韧性、耐蚀性好,而且具有好的磁学、光学性能,可节能、少污染,是一种绿色的环保材料,对人类的可持续性发展具有非常重要的意义。随着研究的不断深入,它的应用领

22、域将会不断扩大,对高新技术的发展将起重要的推动作用。参考文献:1胡勇,许明艳,王震宇.非晶态合金的特性及发展J .水利电力机械,2003,25(3:30-31.2王正品,张路,要玉宏.金属功能材料M .北京:化学工业出版社,2004.3段睿,胡俊海,赵丽萍.非晶态合金的强化机理及其应用J .吉林电力,2002,(6:42-43.4陆关兴,陈绯,栾英豪.非晶态合金带力学性能的评价J .玻璃钢/复合材料,1995,(3:28-31.5曹茂盛,徐群.材料合成与制备方法M .哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.6王静.非晶态合金催化剂最新研究进展J .化学推进剂与高分子材料,2003,1(6:44

23、-47.7刘红,卢冠忠,胡宏玖.催化剂新材料非晶态合金的制备及加氢性能J .化学世界,2002,(7:383-387.作者简介:王翠玲(1979-,女,山东济宁人,山东科技大学2002级在读研究生,专业:材料学.E -mail :.收稿日期:2004-10-10Excellent Properties and Extensive Applications of Amorphous AlloysWANG Cui-ling 1,WU Yu-ping 2(1.Department of Material Science and Technology ,Sh

24、andong University of Science and Technology ,Qingdao 266510,China ;2.Southeast University ,Nanjing 210096,China Abstract :Amorphous alloys are totally different from crystal metal in the array of atoms.It has no grains and boundary.It is uniphase and has amorphous structure.It has no structural defect like crystal such as boundary of grain ,twin crys-tals ,defect of crystal lattice ,dislocation ,dislocation of layer etc.Its microstructure determines its new features such as high intensity ,high hardness ,good toughness ,corrosion resistance etc.In this article peculiar excelle