al基金属玻璃薄膜材料制备及特性分析word格式论文.docxVIP

1绪论1.1非晶合金的发展史所有物质根据内部原子排列顺序可以分为晶体与非晶体。物质内部的原子排列是 长程有序并平移对称的叫做晶体；反之，物质内部的原子排列是混乱的叫做非晶体。 通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成 整齐的排列，即成为晶体。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快，原子来不及整 齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。 非晶态金属合金是不具有长程原子有序的金属合金，它们也称为玻璃态合金，即金属 玻璃。它们可由多种工艺制备，所有这些工艺都涉及将合金组成从气态或液态快速凝 固。凝固过程非常快，以致将原子的液体组态冻结下来。它们具有明显的结构表征， 从各种性能特征显示出在多数非晶态金属合金中确实存在有最近邻或局域(但不是长 程)的原子有序。非晶态合金的发现和成功制备，吸引了人们对非晶态合金的广泛关注，并且迅速 成为材料学界和物理学界的研究热点。伴随着非晶态材料基础研究、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。这些非晶合金系统中， 有的具有优异的磁学性能，有的具有卓越的力学性能，有的具有良好的抗腐蚀性能。 在以往八千年中，人类所使用的金属都是晶态材料。历史上策一次报道制备出非 晶态合金的是 Kramer[1]，其制备工艺为蒸发沉积法。此后不久， Brenner 等[2]声称用 电沉积法制出了 Ni-P 非晶态合金薄膜；1960 年，Duwez[3]等人用快速冷凝的方法在 Au-Si 合金系中成功制备出了组分为 Au70Si30 的非晶合金带材；1969 年，Pond 等[4]人 在非晶合金制备方面取得了突破性的进展，利用轧辊法成功制备出了长达几十米的非 晶带材。此后十几年时间里，人们对非晶合金进行了大量的研究，发现了多种非晶合 金系列，但是，这些非晶合金的形成条件十分苛刻，要求冷却速度大于 104K/s，且薄 膜厚度在 50um 以下[5]。八十年代末，非晶合金的尺寸有了突破性的进展。日本东北大学材料研究所的 A. Inoue 和 T. Masumoto 等人首先发现了 Mg-Ln-TM[6-7] 、 Ln-Al-TM[8-10]（TM 表示过度族金属元素，Ln 表示镧系元素）合金系具有大的玻璃形 成能力。同时，美国加州理工学院的 W.H. Johnson 等人[11]成功制备了具有非常高的玻 璃形成能力的 Zr-Ti 基非晶合金，其临界冷却速度低于 102K/s。通过采用深过冷技术， 用水淬法和铜模铸造法系统地研制出了一系列具有很强非晶形成能力的 La 基、Zr 基、 Mg 基、Fe 基、Ti 基、Ni 基等多元非晶合金系，他们均具有很宽的过冷液相区。多组 元大块非晶合金的发现突破了传统非晶合金在尺寸上的限制而具有更广泛的应用前 景和理论研究价值。表 1-1 典型非晶合金系及其开发年代非晶合金体系年代Al-TM-RE1987Mg-Ln-M1988Ln-Al-TM1989Ln-Ga-TM1990Zr-Al-TM1993Ti-Zr-TM1993Zr-Ti-TM-Be1993Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)1995Zr-(Ti,Nb,Pd)-Al-TM1995Pd-Cu-Ni-P1996Pd-Ni-Fe-P1996Fe-(Zr,Hf,Nb)-B1996Fe-Co-Ln-B1998Co-Ta-B1999Fe-Ga-(P,B)2000Cu-(Zr,Hf)-Ti2001Ni-Zr-Ti-Sn-Si2001说明：Ln=镧系金属，M=Ni，Cu，Zn，TM=VI-VIII 族过渡金属，RE=稀土金属Al 元素在地壳中的含量仅次于 O 和 Si，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属，Al 及其合金的应用极为广泛， 在工程应用中具有很强的竞争力。在 Al 基金属玻璃中，主要成分为 Al，价格低廉， 具有很高的经济效应，所以，近年来 Al 基金属玻璃成为研究的重点。1.2金属玻璃的形成能力及判据1.2.1金属玻璃形成能力金属在从液态凝固成固态时，可以形成两种状态：一种是慢速凝固不连续的固化， 成为晶态固体；一种是快速凝固连续固化，成为非晶态固体，及玻璃。一般情况下， 当液体冷却到熔点 Tm（熔化温度）处会结晶而发生体积和热焓的突变，但是在冷却 速度足够快时，在 Tm 点以下不会结晶，而成为过冷液体，并且在 Tg（玻璃转变温度） 以下成为非晶态固体。通常情况下，要制备非晶态固体材料，那就必须使得液体冷却 时，能足够快的穿过 TgTTm，使得 TTg，以至于液体来不及形成晶核，或者即使 形成晶核也来不及长大，从而避免了结晶过程的发生并得到玻璃态固体，及金属玻璃 材料。每种材料都存