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                      劃時代的金屬材料——非晶合金
                      上傳時間:2020-11-18
                      發布來源:江蘇混沌新材料科技有限公司

                      非晶合金(Amorphous Alloys)是采用現代快速凝固冶金技術而成,兼有一般金屬和玻璃優異的力學、物理和化學性能的新型非晶金屬玻璃材料。非晶合金也被稱為金屬玻璃或液態金屬,其組成的內部原子排列為短程有序、長程無序的玻璃態結構,其結構和成分比晶態合金更均勻。
                      缺陷和化學微觀結構之間的類比:

                      (a)晶體材料的熔體結構;(b)緩慢冷卻得到的晶體結構;

                      (c)晶體材料的微觀缺陷結構和(d)晶體材料微觀化學結構;

                      (a)非晶材料的熔體結構;(f)快速冷卻得到的非晶結構;

                      (g)非晶材料的微觀缺陷結構和(h)非晶材料微觀化學結構;

                      嚴格來說,液態金屬(Liquid Metals)和金屬玻璃(Glassy Metals orBulk Metallic Glass)也是兩個不同的概念。金屬的凝固過程中需要經歷一個過冷液相區,即玻璃化轉變溫度與晶化溫度這一溫度區間,溶體結構在該溫度范圍內被迅速凍結,形成金屬玻璃,而液態金屬是從液態結構直接凍結而來。
                      在非晶合金的開發方面,目前已在包括Pd、Pt、Au、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Cu、Fe、Co、Ni、和稀土(如La、Nd、Ce)基等在內的數十種合金體系。目前非晶合金一共有非晶薄帶、非晶粉末、塊體非晶這幾種形式。液態金屬中以Ga合金較為常見。(室溫下的液態金屬有Hg、Cs、Fr和Ga,熔點分別是-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃)

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                      非晶合金形成的熱力學
                      非晶合金是一種亞穩態材料。
                      從能量的觀點來看,平衡自由能G=U-TS,非晶相的獲得是體系內能U和熵S競爭的結果。體系粒子間的相互作用會導致U降低,傾向于有序化;溫度T和熵使得體系無序化。在凝固過程中過冷液體(接近非晶相的自由能)和結晶相之間的吉布斯自由能差Gl-s(T)決定了體系是夠能形成非晶態。小的Gl-s(T)意味著小的熔化焓變或是大的熔化熵變,即熵在內能和熵的競爭中占優勢,這會降低晶化驅動力,有利于非晶的形成。結晶驅動力與過冷度密切相關,過冷度大結晶驅動力也大。

                      2個同素異形晶態相。

                      根據自由能圖,可以估判非晶形成的成分區域、非晶形成能力、非晶形成驅動力。非晶相在等成分附近相比晶態相具有較低的自由能,因而在相競爭過程有優勢。從相圖來看,合金體系是否存在深共晶點和該體系的非晶形成能力密切相關,在非平衡條件下,合金體系易形成深亞穩共晶點,使得體系具有非晶形成能力。


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