非晶态合金制备技术.ppt

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1、2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,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）移动石英玻璃管后射流（

2、b）直接射流 图5-5喷射成型法制备大块非晶合金示意图,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,材料

3、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,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,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,2023/11/6,材料成型及控制工程教研组,14,表5-1 铝基非晶合金和其他合金的抗拉强度、比强度,202

4、3/11/6,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,2023/11/6,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),2023/11/6,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Volgel-Fulcher方程进行计算。式中，Hf为T0温

5、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),2023/11/6,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),(5-7),(5-8),(5-9),2023/11/6,材料成型及控制工程教研组,19,urnba

6、ll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。,2023/11/6,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曲线极值点所对应的时间。,(5-14),(5-15),2023/11/6,材料成型及控制工程教研组,21,式

7、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),2023/11/6,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，是第i组元的熔点，其余符号的意义同前。,2023/11/6,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；T

8、g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),2023/11/6,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),2023/11/6,材料成型及控制工程教研组,25,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

9、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*：,2023/11/6,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),2023/11/6,材料成型及控制工程教研组,27,为了简化，取 Tg/Tx 和 T1/Tx 两个参数的平均值，则得到 因此，Lu定义一个新参数来表征GFA，即,(5-37),(5-36),(5-38),(5-39),2023/11/6,材料成型及控制工程教研组,28,目前所发现的BMGs的临界冷却速度Rc及临界直径值Dmax与其值分别存在以下统计关系：,(5-40),(5-41),