[其他]非晶态金属合金制品和它的固态复合/还原反应合成法

说明书

本发明涉及非晶态金属合金制品和通过固态反应制备这类合金的新方法。更明确地说，本发明涉及通过含金属的化合物的复合和化学还原或热还原的方法来复合和合成非晶态金属合金制品。

非晶态金属合金材料由于具有许多特别适合于技术应用的力学、化学和电学性质的最佳配合，近年来变得令人感兴趣。非晶态金属材料的性能举例如下：

-均匀的电子结构，

-成份可变的性质，

-高硬度和强度，

-柔韧性，

-软磁性能和铁电性能，

-极高的抗腐蚀性能和抗磨损能力，

-稀有的合金组成，以及

-高的抗辐照损伤能力。

其中特别使人感兴趣的是具有高软磁性能、铁电性能和抗腐蚀性能的非晶态合金。这类材料很适合于生产高效率输电变压器和电动机绕组。

非晶态金属合金材料性能的最佳配合起因于非晶态材料的无序态原子结构，它确保了材料是化学均匀的，并且不存在那些限制晶态材料性能的像位错和晶界一类的广延性缺陷。非晶状态的特征在于它缺少长程周期性，而结晶状态的特征则是它的长程周期性。

通常，非晶态材料的室温稳定性取决于对晶核长大的各种动力学势垒和阻碍形成稳定晶核的成核势垒。如果将要制备成非晶状态的材料首先加热到熔融状态，然后快速淬火或冷却，以一个快到足以防止有明显晶核出现的冷却速度通过晶体成核的温度区间，则一般存在这样的势垒。这种冷却速度为10⁶℃/秒的数量级。快速冷却显著地增加熔融合金的粘滞性并迅速地降低原子能够扩散的程长。这样就有防止晶核形成的功效，并且形成一种亚稳的或非晶状态的相。

能够提供这种冷却速度的方法包括溅射、真空蒸发，等离子体喷溅和直接由液态淬火。业已发现，用一种方法制备的合金往往不能同样地用另一种方法制备出来，尽管成形的途径在理论上是相同的。

直接由液态淬火的方法在工业上已获得了最大的成功，因为已有多种合金可以用这种工艺制成各种形式，例如，薄膜，薄带和细丝。chen等人的美国专利3856513描述了由金属直接淬火法制备的许多新型金属合金制品，并对这种方法进行了一般性讨论。Chen等人描述了使合金制品由其熔点以上温度快速冷却而制备的若干磁性非晶态合金。将熔融金属流导入保持处于室温的两个旋转辊的辊缝，X射线衍射测量表明，所获得的带状淬火金属本质上是非晶状态的，它是韧性的，并且具有350000磅/英寸²左右的拉伸强度。

Ray等人的美国专利4036638描述了铁或钴与硼的若干非晶态二元合金。申请专利的非晶态合金是用真空熔铸法制成的，其中熔融合金在100毫托左右的部分真空下经由一个喷嘴射向一个旋转的圆柱体。这样制得的非晶态合金是连续的薄带，并且都呈现出高的机械强度和延展性。

基本上所有由熔体快速冷却形成的非晶态薄膜和薄带的厚度都受材料的传热速度所限制。通常，这种薄膜的厚度小于50微米。Chen等人和Ray等人已公开的那些材料就属于能用这种方法制备的少数几种材料。

Lashmore和Weinroth在“Plating    and    Surface    Fishing”，72（1982年八月）发表了用电沉积法制备非晶态金属合金材料的文章。这些材料包括Co-P，Ni-P、Co-Re和Co-W制品。但是，如此制得的合金是不均匀的，因而应用非常有限。

上述生产非晶态金属合金的先有技术取决于对固化过程动力学的控制，取决于在固化过程中通过快速散热对由液态（熔融态）或汽态制备合金的控制。最近，不用快速散热的方法也合成了一种非晶态金属合金制品。Yeh等人报导了通过有控制地引入氢气，能使薄膜状亚稳态结晶化合物Zr₃Rh转变为薄膜状非晶态金属合金（Appl-ied Physics Letter 42（3）卷，242-244页，1983年2月1日）。这种非晶态金属合金的近似组成为Zr₃RhH_5.5。

Yeh等人确定了作为通过固态反应形成非晶态合金先决条件的三点要求：至少是一个三组元系统，两类原子的原子扩散速度有大的差别，不存在另一种作为最终状态的多型性晶态产物。因此，Yeh等人指出，对于非晶态金属合金材料的合成，固态反应的应用是有限制的。