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大块非晶合金的应用

大块非晶合金的应用


基于非晶独特的组织结构和优异的性能,及高效的制备工艺和广阔的应用前景,自诞生以来就一直受到广泛重视,人们也逐渐加大了对其应用技术的研究,短短的几十年,块体非晶已经在很多领域得到广泛应用,可以预见,大块非晶合金作为一种性能优异的工程材料必将获得广泛应用。目前非晶主要用作模具材料、切削工具材料、电极材料、耐腐蚀材料、储氢材料、运动器材材料、软磁材料等,其在汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上已经表现出巨大的应用潜力。
  由于大块非晶合金可在熔融液体中直接形成,因而在过冷液相区具有超塑成形能力,容易加工成不同的形状,现已用来制作微型模具,也可以进行微型零件的成型,以及具有复杂形状的零件的近终成形。大块非晶具有高的弹性极限和低的杨氏模量,相对于晶态材料而言,大块非晶合金具有更好的弹性。用大块zr基非晶制作的高尔夫球头,由于没有晶界、位错等缺陷,在受到冲击时能量损失很少,可以把更多的能量传递给球,将球击得更远,同时球与杆作用的时间加长,有利于对球的控制。目前在美国市场上已有这种高尔夫球杆出售。
  在物理性质方面的应用主要是基于其卓越的软磁性。这是由于与传统的晶态合金磁性材料相比,由于其原子排列无序,没有晶体的各向异性,电阻率高,具有高的磁导率。由于非晶能减少涡流,因而可以应用在高频设备中,现代工业多用它制造配电变压器,具有显著的节能效果。非晶态合金铁芯还广泛地应用在各种高频功率器件、传感器、高耐磨音频视频磁头和高频逆变焊机上,这使得电源工作频率和效率大大提高,焊机的体积成倍减小。目前,一种体积小、重量轻的非晶态软磁材料以损耗低、导磁高的优异特性正逐步代替一部分传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体材料,成为目前越来越引人注目的新型功能材料之一。专家预计,到2050年,全球的能源消耗将会是目前消费水平的3倍。由于经济发展与电力供应的不匹配,电力短缺代价也越来越大。因此急需新的技术来提高电力供应的灵活性,改变当前电网能源利用率低,发电、传输、使用过程都存在大量能量损失的现象。电力行业可以采取诸如使用非晶合金变压器代替硅钢配电与启用需求响应程序,增加电力需求侧管理等解决办法。
  在化学性质方面,非晶对某些化学反应具有明显的催化作用,可用作化工催化剂;某些非晶通过化学反应可吸收和释放出氢,可用作储能材料。由于没有晶粒,晶界等缺陷,非晶比晶态合金更加耐腐蚀,可作为腐蚀环境中应用设备的首选材料。
  大块非晶的弹性模量约为钢的一半,做复合装甲的夹层可以延长射弹与装甲车的作用时间,减小冲击;同时由于它的无定形的结构,使破甲弹爆炸产生的喷流对装甲车的冲击得到分散,避免了晶体材料制备的装甲车被击中时产生的沿结晶结构边缘破裂。用这种强化的大块非晶合金来做穿甲弹的弹芯,具有“自锐”效应。普通的金属射弹在冲击力的作用下变成一种扁平的蘑菇状,而大块非晶射弹不同,相反冲击力的作用会将它的四周撕裂开来,在它钻进物体的时候,实际上变得更加尖锐,大大提高了其摧毁力。另外,新型大块非晶还具有类似于贫铀合金的高绝热剪切敏感性和更高的强度,这种特殊性能使得它适合于用来制造穿甲弹,因而已引起美国军方的高度重视。据报道,美国军方已经与加州理工学院、约翰一霍普金斯大学及橡树岭国家实验室合作,研究大块非晶穿甲弹从而代替现役的贫铀穿甲弹。另外,大块非晶还具有耐磨、抗疲劳、延展性优良的性质。最近制备出的轻型、抗辐照、高强度的大块Ti基金属玻璃在航天领域有很大的应用前景。
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