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/> 1.3 Fe 基块体非晶合金 4
1.3.1 Fe基块非晶合金的分类 5
1.4 块体非晶合金的性能 8
1.4.1 块体非晶合金的力学性能 8
1.4.2 块状非晶合金的耐腐蚀性能 9
1.4.3 块体非晶合金的软磁性 10
1.5 本论文的研究目的与内容 10
第二章 实验内容及方法 12
2.1 原料 12
2.2 样品制备 13
2.2.1 母合金锭 13
2.2.2 非晶样品制备 13
2.2.3 退火处理 15
2.3 材料表征与性能测试 15
2.3.1 X 射线衍射（//） 15
2.3.2 热学参数测试 15
2.3.3 力学性能测试 16
2.3.4 磁性能测试 17
第三章 实验结果和讨论 19
实验结论 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类，晶体是指内部质子(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。非晶体是指构成物质的粒子不呈空间有序排列的固体，如玻璃、松香、石蜡等。其物理性质在各向同性，没有固定的熔点。非晶态材料有着十分卓越的性能，应用也十分广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、电子电力、化工等领域[1,2]。
1.1 研究背景
非晶合金具有优异的物理化学性能，在功能和结构材料领域具有独特的应用价值[3]。但受到非晶形成能力（GFA）的限制，早期制备的非晶合金大多以一维或二维状态存在，从而限制了这一材料发展。1988年，Inoue等人发明了铜模铸造制备工艺，第一次制备出了Mg基块体非晶合金（三维尺寸超过1mm）[4,5]。之后，大量的块体非晶合金被开发，并在工业中获得应用[6]。在众多体系的块体非晶合金中，铁基块体非晶合金具有优异的软磁和力学性能，由于这一体系的非晶合金的GFA相对较弱，因此，Fe基块体非晶合金直到1995年才被Inoue等人合成[7]。随后，大量体系的Fe基块体非晶合金相继被合成[812]，依据合金元素种类的不同，可大致分为四类：FeM(P,C,B,Si) (M = Al, Ga, Mo)系块体非晶合金、FeBSi(Nb, Zr)系块体非晶合金、FeCrMoCBLn系块体非晶合金和FeMB系块体非晶合金。
1.2 非晶合金的形成
本论文提到的非晶合金特指由液态经连续冷却后获得的非晶态物质，其形成过程与氧化物玻璃类似，因此也称作金属玻璃（Metallic Glasses）[13]。
非晶形成理论和晶体形成理论都属于凝固理论范畴，从凝固过程来看，非晶合金的形成过程为：过热熔体→过冷熔体→非晶固体，为了获得非晶态合金，必须抑制过冷熔体→结晶固体和非晶固体→结晶固体过程的发生。过冷熔体→结晶固体的抑制过程主要从非晶合金的形成考虑，而非晶固体→结晶固体过程的抑制主要从非晶合金形成后的稳定性考虑，通常研究非晶合金的形成机理是从非晶固体→结晶固体过程入手进行讨论的。
1.2.1 非晶形成能力
非晶合金的形成能力（Glass Forming Ability，简称 GFA）表征合金熔体快速冷却获得非晶合金的难易程度。不同成分的合金体系，其形成非晶合金的难易程度也有较大差别，例如：ZrAlNiCu可形直径为35 mm的棒状块体非晶合金[14]，而FeBSi只能形成几十微米厚的条带非晶合金[15]。
过冷液体发生玻璃化转变需要一定的冷却速度。只有在熔体的冷却速度大于其临界冷却速度（Rc）的时候，才能实现玻璃转变。温度时间转变（TTT）曲线能更好地解释临界冷却速率Rc和玻璃形成能GFA之间的关系。图11示意了传统非晶（薄带等）和块体非晶在不同冷却速度和温度下相转变过程[16]。我们以传统非晶合金为例来说明其转变过程。如果冷却速度足够大，熔体在凝固的过程中，过冷液体结构将被冻结并保持到室温状态，形成非晶态；如果冷却速度过小，熔体的相转变的路径会落入结晶化取，即凝固成晶态。我们把与初始晶化曲线的鼻尖温度相切的虚线的斜率定义为形成非晶的临界冷却速度Rc，即Rc = (TmTn)/tn，式中Tn和tn分别为初始晶化曲线上的鼻尖温度和形核时间。当实际冷却速率高于Rc时，结晶被抑制，形成非晶态；否则，液体将经过晶体相的形成区域，导致结晶的发生。图中可以清晰的看出，块体非晶合金的Rc约为1 K/s，远小于传统非晶的106 K/s量级。Rc越小，合金系的GFA越强。由此可见，临界冷却速度是用来衡量GFA的最有效的参数，适用于描述一切合金系的GFA。然而，尽管Rc的物理意义非常明确，但是直接测量其值是非常困难的，要涉及复杂的设备和过程，一般不容易获得。所以，为了方便表征非晶合金的形成能力，研究者们提出了很多判据，这些判据包含的参量大多可以通过实验手段获得，有利于非晶形成能力的表征。包括临界尺寸（dc）；约化玻璃转变温度：Trg = Tg/Tm，其中Tg为玻璃转变温度，Tm是熔化温度；过冷液相区宽度ΔTx=TxTg，Tx为晶化开始温度；γ参数，等。以上这些参数都是从不同的角度来描述合金的GFA和倾向，对合金设计均具有一定的指导意义。但是这些参数都是定性指标，它们的物理本质和适用性还需要做进一步的研究。所以在实际研究中，目前都是多个参数配合使用来综合评价合金的GFA。

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