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§8.6 非晶态合金(Amorphous alloys)
1.非晶态合金的发现
长期以来，提到合金指的就是晶态合金。提到非晶态，指的是玻璃态的硅酸盐。上个世纪六十年代，非晶态合金的出现，改变了这种情况。
60年代初 Duwez等发展了溅射淬火技术，用快速冷却的方法，使液态合金的无序结构冻结起来，形成非晶态合金 Au3Si，对传统的金属结构理论是一个不小的冲击，由于非晶态合金具有许多优良性能：高强度、良好的软磁性、耐腐蚀性等，很快成为重要的功能材料，获得很快发展。
2.非晶态合金的结构特征
非晶态合金与晶态合金最大的区别在于长程无序。晶态合金只要了解一个晶胞中原子的排布，由于周期性，固体中所有原子的排布都知道了。而非晶态合金结构特点为短程有序、长程无序，即某一个第一近邻、第二近邻原子是有固定排列的，而更远的原子是无序的。图 8-23是 Fe80P13C7的晶态与非晶态 X射线衍射强度图。
从图中可以明显看出，晶态有明确、锐利的衍射峰，而非晶态只有二个较圆滑的峰，后面是一些不可分辨的曲线，即非晶态合金不能从 X射线衍射中获得太多的信息，目前用径向分布函数来表征非晶态合金结构。
图8-22 Ni76P34非晶合金的径向分布函数的实验值（曲线）与硬球
无规密集模型的计算结果（直方线）的对照。
3．非晶态合金的制备
要获得非晶态，必须要有足够快的冷却速度 (>106K/s)，已经发展了许多技术。不同技术，非晶态合金形成过程又有较大的区别。制备方法大致可以分为三类：
| （ 1） |
由气相直接凝聚成非晶态固体，如真空蒸发、溅射、化学气相沉积等，用这种方法非晶材料生长速率相当低，一般只用来制备薄膜； |
| （ 2） |
由液态快速淬火获得非晶态固体，这是目前最广的制备方法； |
| （ 3） |
由结晶材料通过辐射、离子注入等方法，可在金属表面产生 400um厚的非晶层。 |
4．非晶态合金的分类
| （1） |
过渡金属与类金属元素（例如 P、 S、 B、 C等）形成的合金，例如Pd80Si20， Au75Si25， Fe80B20， Pt75P 25等，一般类金属元素在合金含量约 13%～ 15%（原子比），实践证明，在二元合金中若加入某些第三种元素，更容易形成非晶态材料。 |
| （ 2） |
前－后过渡金属元素之间形成的合金
这类合金在很宽的温度范围内熔点都比较低，形成非晶态的成分范围较宽。例如： Cu－ Ti合金， Ti含量可在 33～ 70%之间，又如 Ni－ Zr合金， Zr的含量可在 33～ 80%之间变化。
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| （ 3） |
含 La系、 Ac系元素的非晶态合金。
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5.性能与应用
a．力学性能：非晶态合金具有极高的强度和硬度，强度远超过晶态高强度钢， σf/E是衡量材料达到理论强度的程度，一般金属晶态材料 σf/E约为 1/500，而非晶态含量约为 1/50，材料强度利用率大大高于晶态。另外，非晶态合金的抗疲劳度亦很高，如 Co基非晶态合金可达 1200MPa。非晶态合金的延伸率一般较低，但韧性很好，变形时压缩率可达 40%。
表8-2 非晶态合金机械性能
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合金
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硬度Hv
(N/mm2)
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抗拉强度(N/mm2) |
延伸率(%)
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弹性模量E(N/mm2)
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E
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Hv/σf
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Fe80B20
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10580
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3400
|
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1.7×105
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0.020
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0.32
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Fe80P13C7
|
7450
|
3040
|
0.03
|
1.2×105
|
0.025
|
0.25
|
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Co73Si15B12
|
8920
|
3000
|
|
0.9×105
|
0.034
|
0.30
|
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Ni78Si10B12
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8430
|
2450
|
|
0.8×105
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0.031
|
0.35
|
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Cu80Zr20
|
4020
|
1860
|
|
|
|
0.22
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Nb50Ni50
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8750
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1.3×105
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