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学科代码 080502 编 号 硕士学位论文开题报告 学 号： 122080502008 研 究 生： 高记鹏 导 师： 寇生中 研究方向： 非晶合金 论文题目： 金属玻璃基复合材料的制备与性能研究 学 科： 材料工程 学 院： 材料科学与工程学院 入学时间： 2012年9月 开题时间： 2014年1月8日 2014年 1月 8日 学位论文题目 课 题 来 源 自筹 1.非晶合金 非晶态合金(amorphous alloys)是指固态时其原子的三维空间成拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定的合金，结构类似于玻璃的无固定形态的金属和合金，也称为(metallic glass)[1]。非晶合金的特点是在结构上没有晶界与层错等缺陷存在，组成元素之间以金属键相连并在几个晶格常数范围内保持短程有序，不存在长程有序[2]。非晶合金这种短程有序，长程无序的独特原子结构使其具有了许多不同于传统晶态材料的优异性能，是目前研究最活跃的新型功能材料之一。 非晶合金的性能与应用 非晶态合金微观结构不同于晶态合金的，结构上短程有序、长程无序成分均匀无偏析，没有位错、层错、晶界等缺陷导致其表现出独特的性能，电力、电子、计算机、通讯等高新技术领域的关键材料非晶态合金在物理性能力、热、电、磁和化学性能等方面都发生了显著的变化[]。块状非晶合金比晶态合金具有更高的强度和相对较低的杨氏模量，杨氏模量相同时非晶态合金的强度比晶态的高约3倍。此外，大块非晶合金还具有许多优异的性能，如极高的硬度、韧性、耐磨性、耐蚀性和高电阻性，而且还表现出优良的软磁性、硬磁性、超导性、低磁损耗等特点，并且具有广阔的应用前景，受到材料科学界及产业界的特别关注。不同体系的非晶合金具有不同的特殊性能，如Mg基、La基、Zr基大块非晶材料展示了其优异的力学性能[,5]，Inoue等人制备出的Mg80Cu10Y10大块非晶合金在室温下具有600MPa的抗拉强度，这是常规铸造晶态Mg基合金抗拉强度的3倍。La基大块非晶材料在过冷液相区间内具有超塑的特性， Johnson研制和开发的Zr-基大块非晶合金己经成功应用于制备高尔夫球具，其产品不仅具有强度很高，而且有着优异的弹性和柔软感等优点，密度介于不锈钢和钛材之间。经钨丝增强的Cu块状非晶合金有类似玉贫铀合金的高绝缘热剪切敏感性和更高的强度，因此用这种块状非晶合金制做动能穿甲弹的弹芯，具有“自锐”效应[]，Ti基和Cu基体系能够在保持良好延展性的同时又具有非常高的机械强度；Mg基大块非晶合金更有优异的吸放氢性能，其吸附比率可接近100％，并且具有高的电化学性能，并能使其成为燃料电池理想的储氢材料；Pd基体系不仅具有优异的电性能，而且材料损耗低，有望成为实用的新型电极材料；Co基和Fe基体系具有优异的软磁性能，将是替代传统硅钢片和铁氧体的最佳候选材料。研究预测，若用非晶材料作变压器的铁芯，可使铁损降低至50％以上。Inoue课题组[]利用水淬法制备出了具有良好软磁性能的Fe-(A1-Ga)-(P，C，B，Si)系大块铁基非晶磁性材料，是迄今为止人们发现的最优异的软磁材料之一。在过去的四十年中，伴随着非晶态材料的基础研究、制备工艺和应用产品开发的不断进步，各类非晶态材料已经逐步走向实用化，主要包括移动电话和迷你相机的壳体、微型铰链、专业网球拍、以及解剖刀等医疗器械。特别是作为软磁材料的非晶合金带材已经实现了产业化，并获得了广泛应用，并将随着对大块非晶合金的进一步研究而不断扩大其应用范围。 除此之外，非晶态合金与晶态合金相比，它不仅具有特殊的组成和结构，而且非晶态合金结构均匀，显示出与晶态合金不同的特殊腐蚀行为。因此非晶合金一般都具有优异的耐蚀性能[]。近期开发的Zr60-XMXAl10Ni10Cu20(M=Ti、Nb)系大块非晶合金，当Nb含量5％时，该合金系在酸溶液和碱溶液中均表现出极其优越的耐蚀性能，其耐蚀能力超过了金属Zr[,10]。Fe基非晶体系的耐腐蚀抗力也很高，可以作为抗腐蚀性材料BMG的室温塑性变形及BMG复合材料 BMG不仅具有优异的力学性能，而且能够像塑料一样容易铸造成型，优异的力学性能和成型性能使得BMG有可能取代某些传统材料。然而，大多数的BMG的塑性和韧性很低，高度局域化的剪切行为使得单一的BMG通常是在没有明显室温宏观塑性变形的情况下，以突然失效的方式发生灾难性断裂，低的塑性和韧性严重地制约着BMG作为先进结构材料在工程中的大规模应用。其实非晶合金在微观上是有一定的塑性变形的，但其在室温下的塑性变形仅限于非常细的剪切带区(shear band)[]，由于室温下非均匀的变形模式，使得大多数BMG无明显的塑性延伸率。通常，非晶合金的室温压缩塑性小