第五章_非晶态合金制备技术.ppt

1、2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,1,第5章 非晶态合金制备技术,图5-1 液态金属结晶开始时间与过冷度的关系,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,2,第5章 非晶态合金制备技术,图5-2 气体、固体、液体的原子分布函数,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,3,第5章 非晶态合金制备技术,图5-3 晶体与非晶体在变形机理上的区别,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,4,第5章 非晶态合金制备技术,图5-4 晶体与非晶合金在30HCl溶液中腐蚀速度,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,5,第5章 非晶态合金制备技术,（a）移动石英玻璃

2、管后射流 （b）直接射流 图5-5喷射成型法制备大块非晶合金示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,6,第5章 非晶态合金制备技术,（a）直线移动法 （b）旋转盘法 图5-6模具移动法制备大块非晶合金示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,7,第5章 非晶态合金制备技术,图5-7压力铸造法制备大块非晶合金示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,8,第5章 非晶态合金制备技术,（a）铜模 （b）试样 图5-8 铜模和试样示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,9,第5章 非晶态合金制备技术,图5-9 楔形铜模型中不同位置的冷速比较,

3、2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,10,第5章 非晶态合金制备技术,图5-10 喷铸吸铸技术制备块体玻璃设备工艺简图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,11,第5章 非晶态合金制备技术,图5-11 水浮法制备块体玻璃的工作原理示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,12,第5章 非晶态合金制备技术,图5-12电弧加热吸铸法制备大块非晶合金的示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,13,第5章 非晶态合金制备技术,图5-13 模压铸造法制备大块非晶合金示意图,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,14,表5-1 铝基非晶合金和

4、其他合金的抗拉强度、比强度,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,15,表5-2 非晶态合金的主要特性及其应用,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,16,第5章 非晶态合金制备技术,式中， 为单位体积的单原子数目；v为频率因 子；k为Boltzmann常数；T为绝对温度；D为有效扩 散系数； 为晶胚必须克服的激活能；I为形核速率。 根据经典形核理论，形核功表达式为 式中， 为晶核与熔体间的界面能； 为液固 相自由能差，即结晶驱动力。,(5-1),(5-2),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,17,式中，a0为扩散跳跃的平均原子或离子直径； 为 粘度，可以通过

5、Volgel-Fulcher方程进行计算。 式中，Hf为T0温度下的熔化焓；Sf为T0温度 下的熔化熵；T0为液相与晶体相平衡的温度； 为 等压比热容。 式中，A为与温度无关的频率因子； 为每个原子 的势垒高度； 为发生反应所需的临界构形熵；T 为温度；K为常数。,(5-3),(5-4),(5-5),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,18,式中，A为常数：K为常数；Vf为自由体积。 均匀成核率与生长率可表示为 式中， ， ；K为Boltzmann常数；a0 为平均原子直径；Nv为Avogadro常数；Tm为熔点温 度；f为界面上原子优先附着或者移去的位置分数。,(5-6),(5-

6、7),(5-8),(5-9),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,19,urnball等认为，在简化条件=mTr，其中m为 一常数，是T=Tm时的值，取m=0.86，此时均匀 成核率也可简化为,(5-10),(5-11),(5-12),(5-13),式中，R为气体常数。,式中，Hm为摩尔熔化焓。,对于非晶，计算粘度:,式中，Kn为形核率系数。,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,20,这样，将方程式（5-8）、式（5-13）代入方 程式（5-7）就可以计算得出达到x=10-6所需要的时 间t为 式中，Tm为合金的熔点；Tn为TTT曲线极值点所对 应的温度；tn为TTT曲

7、线极值点所对应的时间。,(5-14),(5-15),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,21,式中，n为合金的组元数；Ci为第i组元的摩尔百 分数；ri为第i组元的共价原子半径；xi为第i组元 的Pauing电负性。 式中，ei是第i组元元素的价电子数。对于过渡族 金属，ei等于s电子与d电子之和； 对于含有p电子的元素，ei等于s电子与p电子之和。,其中,（5-16）,其中,（5-17）,其中,(5-18),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,22,(5-19),(5-20),(5-21),(5-22),(5-23),其中,(5-24),其中,(5-25),式中， 是

8、第i组元的熔点，其余符号的意义同前。,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,23,式中， 为熔液在温度厂时的粘度；Tg为熔液的 玻璃化转变温度。 式中， 为温度时的熔液粘度； 为液相线温度 TL时的熔液粘度。,(5-26),(5-27),(5-28),(5-29),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,24,其中,式中，A0为指前因子，与合金种类有关；Vm为 流动单元体积；KB为Boltzmann常数；h为Planck 常数；Ev为流动单元在熔液中从一个平衡位置移动 到另一个平衡位置时所需要克服的激活能。,(5-30),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,25,

9、根据式(5-30)，Meng等人将式(5-29)简 化为： 式中，x为合金系的种类；n为同一合金系 中所研究的具体合金数目； 为第i个合金在 液相线温度时的粘度(mPas)。,(5-31),其中,(5-32),在式(5-31)的基础上提出一个改进的过热 熔液脆性参数M*：,2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,26,Trg = Tg/Tm 式中，Tg为合金的玻璃转变温度；Tm为合金的固 相线温度 。 过冷液相区宽度Tx被定义为起始晶化温度Tx与 玻璃转变温度Tg的差，即： Tx = Tx-Tg 表征合金GFA的最新参数: 参数包括了参数Trg和 Tx .,(5-33),(5-34),(5-35),2020/10/11,材料成型及控制工程教研组,27,为了简化，取 Tg/Tx 和 T1/Tx 两个参数