1.6块体非晶合金的基本性能及潜在应用领域
一些商业产品
1.7块体非晶合金作为结构材料使用的主要障碍
块体非晶合金玻璃形成 能力有限，制备条件要 求苛刻，制备成本过高
(1)开发塑性BMGs
室温脆性 一般来说,块体非晶合金 在压缩时仅表现出有限 的塑性流变，拉伸时几 乎没有什么塑性应变产 生
(2)低纯原料制 备低成本大块 非晶
其他因素：合金化效应、化学键能等 。
2.1.3 块体非晶合金形成动力学原理
从动力学的角度看，形成非晶合金就是要抑制熔体凝固时晶体的形核和长大
均 质 形 核 条 件
形核率：
nGl x k BT 1 exp 长大速度： u 2 3 a0 k BT
块体非晶合金玻璃的能力等价于过冷熔体中抑制结晶的能力
过冷液态和结晶固体间的Gibbs自由能差（结晶驱动力）:
Gl s (T ) H f S f T0 C (T )dT
T l s P
T0
T0
T
C (T ) (1-1) dT T
玻 璃 形 成 能 力 越 强
l s P
1.5.2.高断裂韧性、低的弹性模量
D. C. Hofmann, et al.,nature(2008)451,1005
M. F. Ashby, et al.,Scripta(2006)54,324
1.5.3 过冷液相区内的超塑性变形行为 非晶在高于玻璃转变温度时，存在一个过冷液相 区，在该区域内，合金表现很高的黏性流动，呈 现出超塑性变形特征。 目前发现的合金中，La55Al25Ni20在过冷液相的延 伸率可以达到18000%，其应变敏感率系数接近1。
ΔHf—T0温度下的熔化焓；
ΔSf—T0温度下的熔化熵；
T0 —液相与晶体相平衡的温度； ΔCPl-s —等压比热容
熔 化 焓 越 小
熔 化 熵 越 大
以0.7Tm处 为例
R.Buch,et al.Mater. Sci. Eng(2001)A304306,100
图1 几种玻璃合金的过冷液相与相应的晶化相间的Gibbs自由能差
1.4块体非晶合金的制备方法
1.熔剂包敷法 2.金属模铸造法 3.水淬法 4.喷铸-吸铸法 5.电弧熔炼吸铸法 6.定向凝固法 7.高压铸造法 8.挤压铸造法
1.4块体非晶合金的制备方法
1.5块体非晶的力学性能
1.5.1高强度、高硬度
A. Inoue. Acta Mater(2000)48, 286
f
原子尺寸效应：由自由体积模型得到流体流动性公式φ=Aexp(-k/V )
大小不同的原子无序堆积密度增加，将导致自由体积下降，而由上式可知：自由 体积的减小将导致流动性减小，从而使黏度增加，导致玻璃形成能力提高；
组元原子间的相互作用：当相应的纯组元形成非晶合金时，始
终显示出负的混合热。这意味着合金内原子之间存在很强的相互作用，使熔融态 和固态合金中存在很强的短程序，将使非晶合金的玻璃转变温度Tg增高，由此引 起过冷度的降低，有利于非晶的形成；
粘度η作为过冷液体最重要的动力学参数
3 A 16 I exp 2 3k BT Gl x
(1-2)
(1-3)
与温度的关系可以用 (VFT)模型来描述
DT0 T 0 exp T T 0
(1-5)
D是脆性参数 热力学条件相同的 情况下，合金熔体 的D值越大，则合 金的玻璃形成能力 越强。
氢对块体非晶合金的影响
目内外在该方向的研究现状及分析 3.本论文的研究内容与方案
1 块体非晶合金简介
1.1非晶态 1.2块体非晶合金 1.3典型的块体非晶合金体系 1.4块体非晶合金的制备方法 1.5块体非晶合金的力学性能 1.6块体非晶合金的基本性能及潜在应用 1.7块体非晶作为结构材料使用的主要障碍
(3)功能材料
2 国内外在该方向的研究现状及分析
2.1 块体非晶合金形成原理 2.2 块体非晶合金的变形机制 2.3 氧对非晶合金的影响 2.4 氢净化合金熔体中杂质元素的研究 2.5 氢对非晶合金的影响
2.国内外在该方向的研究现状及分析
2.1块体非晶合金形成原理
2.1.1 块体非晶合金形成热力学原理
具有商业牌号的非晶成分： Vitalloy1 :Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 Vitalloy4: Zr46.25Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5 Vitalloy105: Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10
Vitalloy106: Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5
1 块体非晶合金简介
1.1非晶态(amorphous state )
固态物质原子的排列具有近程有序、长程无序的状态。
非晶态固体宏观上表现为各向同性，无明显的熔点，只是随 温度的升高而逐渐软化，粘滞性减小，并逐渐过渡到液态。 非晶态固体又称玻璃态，可看成是粘滞性很大的过冷液体。 常见的非晶态固体有高分子聚合物、氧化物玻璃、非晶态合 金和非晶态半导体等。
Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 Zr62Ni38 2.0KJ/mol 3.0KJ/mol Gibbs自由能差 越小，所需的临 界冷却速度也越 小
玻璃形成能力越大
2.1.2 影响非晶形成热力学因素
位形熵：Gibbs等人提出流体中的流动性或粘滞性及扩散过程与流体中的原
子(或分子)的协同重排有关。原子重新排列的条件是热激活能够克服由位形熵Sc所 决定的势垒，从而决定玻璃形成能力；
1.2块体非晶合金(Bulk metallic glass)
非晶态合金又名无定形金属或金属玻璃。与具有晶体结构 的一般金属不同，是一种没有原子的三维周期性排列的金 属或合金固体；即在超过几个原子间距范围以外，不具有 长程有序的晶体点阵排布。 主观上定义毫米尺寸以上为块体非晶合金。
1.3典型的BMGs体系