1、21世紀的新型金屬材料,金屬材料是最重要的結構材料和功能材料 人類社會文明發(fā)展的柱石與里程碑，金屬材料一直是最重要的結構材料和功能材料 20世紀后期，工業(yè)化時代信息化、全球化和知識化的時代。 信息技術，生物技術和新材料技術是當期最重要技術發(fā)展領域。 對材料的需求多樣性，科學和技術的發(fā)展和成熟，各類材料都得到了飛速發(fā)展, 有些材料已經(jīng)取代某些金屬材料的應用，各類材料之間發(fā)生相互競爭，相互復合的趨勢，但金屬材料還是最重要的結構材料和功能材料,金屬材料還是最重要的結構材料和功能材料 不可取代性 ： 最好的綜合使用性能 能夠方便和便宜的實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn) 能夠回收多次使用的材料 2. 新金屬材料 金屬材料

2、本身必須要發(fā)展 ，科學和技術的發(fā)展給金屬材料的發(fā)展開辟了道路,兩類新金屬材料: 先進傳統(tǒng)金屬材料 2. 新型金屬材料,先進傳統(tǒng)金屬材料 先進基礎金屬材料,一。提高面大量廣傳統(tǒng)金屬材料的主要使用性能和質量，以滿足社會發(fā)展的大量需求。 鋼鐵為例： 已有年產(chǎn)1.8億噸的能力 ，預測我國鋼產(chǎn)量要增加到2億噸或更高產(chǎn)量 國際上研究攻關的熱點：提高強度和其他使用性能，例如提高強度一倍，提高壽命一倍，那樣，就可以一噸鋼當二噸鋼用,圖1 各類鋼的強度發(fā)展,三化： 材料的組織 （晶粒）細化， 組織更均勻化， 材料更純潔化 第一層次是解決得到，純度到80-100ppm，微結構細化到大約5微米水平的均質的超級鋼。主

3、要是解決金屬材料強韌化理論新的組合，應用和發(fā)展中，有關遠離平衡態(tài)微結構的科學問題。 解決第二層次的科學問題就可以得到細化到0.11微米水平的均質的微結構超級鋼。這要求發(fā)展能夠得到更細小組織結構的新理論，新工藝和新技術，基礎研究更要有深度。,固態(tài)下的晶粒細化與晶粒長大研究 經(jīng)過相變（組織轉變和再結晶）得到的平均晶粒度由形核率和長大速率控制，但晶粒會長大，決定于溫度、時間和晶界可動性。 主要的晶粒細化理論和工程有： 相變微結構細化，快速加熱和冷卻的擴散型相變細化及馬氏體相變細化。 形變再結晶細化，形變，動態(tài)再結晶和靜態(tài)再結晶細化， 質點細化（合金化），加大非自發(fā)形核和形核率 熱機械處理復合細化，綜

4、合利用四種細化手段 科學地應用和發(fā)展這些理論可以得到1微米以上的晶粒度。由于奧氏體形成溫度高，晶粒控制更難一些。,間隙熱加工再結晶 20m,80%冷加工 0.9m,奧氏體 p M,2-3m 晶粒,奧氏體晶粒細化 熱加工和再結晶 反復相變： 奧氏體冷加工誘導馬氏體回火馬氏體冷加工奧氏體化,鐵素體晶粒細化 從奧氏體快冷相變 減小奧氏體晶粒 奧氏體加工硬化，相變與熱加工結合，細化晶粒 奧氏體相中的細小質點 相變組織微結構細化研究 組織微結構主要指：珠光體片間距，珠光體團尺度，貝氏體片尺度及質點間距，馬氏體板條尺度，貝氏體和馬氏體中片中的亞結構和孿晶, 殘余及其分布, 雙相組織尺度和形態(tài) 以及各種組織

5、中的一些位錯密度高的亞結構及析出物等等，總之，凡能阻礙位錯運動，縮短位錯運動長度和減少應力集中的極限細小的組織結構都是追求目標。它將導致強韌性同時提高。 主要的細化組織結構的技術有：板條馬氏體的細化技術， 亞穩(wěn)奧氏體形淬火，馬氏體中亞結構尺度可小到1微米，或更小。極細雙相組織鋼(MICRO-DP鋼)。形變誘導馬氏體，馬氏體誘導塑性。形變中相變與相變后形變的相互結合,對于要求1微米甚至更細的超細晶粒，要解決的科學問題更難： 要更科學地運用細化的理論，發(fā)展能在更加苛刻的條件下（如更低碳，更純，更薄等）獲得1微米甚至更細的超細晶粒的研究 發(fā)展防止超細晶粒的迅速長大和不均勻長大的理論。，這二方面相互聯(lián)

6、系，都要解決，否則不容易得到這樣小的晶粒度。為了防止超細晶粒的迅速長大和不均均勻長大，有效辦法之一是界面第二相粒子的釘扎作用。,質點細化 第二相對晶粒長大的阻礙作用，粒子尺寸大一點，其阻礙作用降低很多. 晶粒越小，晶界移動的驅動力越大，更加難于阻礙晶粒長大，要求有更多的第二相,純潔化的問題 純潔化指要高純度和高凈潔二方面。眾所周知，不純和夾雜有害，往往造成脆性。但鋼總有雜質元素和夾雜，過分要求則帶來很大經(jīng)濟負擔。鋼中不純和夾雜的有害性與鋼的水平有很大關系，一般是鋼的強度越大，要求越高。目前日本鋼的純度大致在80-100 ppm水平，這個水平大致能適應細化到10微米尺度或更細一些的鋼的要求。問題

7、是對于有更高強度，更細結構的鋼，純潔度到底要求多少，這本身就是一個重要科學問題。 晶粒細化與雜質偏析有交互作用 ，晶粒大小從10微米降到1微米，其偏析程度下降幾個數(shù)量級,界面磷量,溫度,大晶粒,小晶粒,細晶化對連鑄帶來的科學問題 粗大晶粒（柱晶），熱加工量小，冷卻快固溶大,連鑄過程的精確控制 各種擾亂場（如電磁擾亂場等）下的連鑄凝固理論和技術， 半凝固鑄造理論和技術,等軸化、細化,二。滿足航空、能源、交通、通訊及國防工業(yè)發(fā)展新產(chǎn)品的要求，發(fā)展出水平更高、性能更好的先進高性能金屬材料, 特別是輕金屬材料。 金屬材料；信息通訊行業(yè)的發(fā)展要求有更高、更快、更強水平的金屬功能水平更高的鎳基高溫合金、各

8、種高強鋼和耐蝕合金、各類輕金屬材料，如鈦合金、鋁合金和鎂合金 技術路線核心 從合金化、新制備工藝兩方面入手，兩者相輔相成，但改善和發(fā)展新制備工藝往往是關鍵。 快速凝固技術 合金化 定向凝固和單晶制備技術 合金化 氧化物質點彌散強化的機械合金化合金 合金化 納米金屬材料的重要制備技術合金化,三。滿足改善地球和社會環(huán)境的要求，發(fā)展環(huán)境友好的金屬材料 要求材料從開始生產(chǎn)直到使用后的廢料處理整個循環(huán)過程中造成污染最少，資源利用最好，能量消耗最低，即對地球最友好 要改善生產(chǎn)過程使之環(huán)境污染少和能量消耗少； 改善合金設計使之具有更長的使用壽命和能夠更好回收再利用； 發(fā)展新的動力機械使之提高效率，減少材料消

9、耗等 21世紀必須要把發(fā)展環(huán)境友好的材料，和能夠很好利用回收的材料，同時要淘汰一些環(huán)境不友好金屬材料 日本科技廳決定從2000年度開始，開展減輕環(huán)境負荷新材料的開發(fā)工作。不僅要把廢鋼鐵進行再生，而且再生后的鋼鐵要比一般鋼鐵的強度高出1.5倍。計劃每年投入約10億日元，5年后要生產(chǎn)出再生鋼鐵的板材。還計劃使用新型的耐熱材料試制小型的氣體透平機，使其熱效率提高20%，使二氧化碳排放量減少30%,新型環(huán)境友好金屬材料的發(fā)展 通用型合金 成分設計控制的通用合金，熱加工工藝及熱處理控制的通用合金 環(huán)境友好工藝技術的發(fā)展短流程低消耗高效率工藝技術 冶金短流程工藝，連鑄技術，電爐與其他煉鋼技術 近終形加工技

10、術，Osprey, 近終形精密加工技術 計算機工藝模擬技術 表面處理技術的發(fā)展，特別對表面受損的條件，通過表面處理提高耐腐蝕和磨損的能力 高性能高質量長壽命合金的發(fā)展和環(huán)境友好設計方法 處理好部件的長壽命和機械整體設計壽命或機械模塊化設計壽命的關系，著眼于機械整體壽命設計和機械模塊化壽命設計 5. 環(huán)境友好的評價標準和環(huán)境友好設計,通用型鋼和合金 (general-purpose alloy, or, Super-universal alloy) 是指一種允許成分范圍寬、組織和性能可控制的、工藝性能好的鋼和合金。其特點是 允許成分范圍寬，主要指二方面寬，一方面是主要控制性能的合金元素含量略寬一

11、些，以使生產(chǎn)者有可能控制生產(chǎn)出更適應使用者不同要求的鋼號合金；另一方面指一些殘余元素的種類略多一些，以利于采用再循環(huán)技術等新技術，同時又嚴格保證鋼的質量；關于雜質元素和氣體含量則可分為普通和超純兩檔統(tǒng)一要求。 在充分掌握材料的成分-工藝-組織-性能關系的專業(yè)知識的基礎上，能夠在生產(chǎn)上嚴格控制產(chǎn)品性能，以滿足使用者嚴格的性能要求。 工藝性能好，可生產(chǎn)各類產(chǎn)品品種。 具有能滿足標準規(guī)定要求的材料使用指導書，明確地指導用戶得到需要的使用性能。 這是一種不同現(xiàn)行技術條件規(guī)定的新的鋼和合金的概念，同時具備的上述幾個特征，反映出它是一種在現(xiàn)代合金設計新思路和方法指導下、建立在現(xiàn)代先進的生產(chǎn)技術水平基礎上的

12、，新一代的鋼和合金,通用型鋼和合金 可以有不同的類型，不同的合金設計思路 成分控制為主導的通用型鋼和合金(Composition-controlled alloy)。這類通用型鋼和合金的性能對成分很敏感(相對于其他工藝參量)，因而成分控制十分重要，而其它生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制略寬。 工藝控制為主導的通用型鋼和合金(Process-controlled alloy)。這類通用型鋼和合金的性能對某些工藝參量很敏感(相對于其他成分及其他參量)，因而某些工藝參量控制要求嚴格而允許的成分范圍較寬，嚴格的控制工藝是關鍵。 純度控制為主導的通用型鋼和合金(Purity-controlled alloy)。這類通用型

13、鋼和合金的性能對純度很敏感(相對于其他工藝參量)，嚴格的純度(雜質和氣體)控制是關鍵，例如滾珠鋼。 數(shù)據(jù)控制的通用型鋼和合金(Data-controlled alloy)。這類合金可能是針對一些有特殊性能要求的鋼和合金有效，例如對腐蝕、焊接、長期力學性能等有具體要求而對其他方面關注較少的情況。,例子之一 發(fā)展一種通用型高導磁率的鐵鎳基合金。在完全掌握導磁率理論的基礎上，通過控制當量磁性鎳原子與鐵原子之比，根據(jù)目前達到的技術水平，可以允許存在的合金元素多達13種，除Fe和Ni以外，還可以有Mo, Cu, Nb, Ta, Al, Ti, V, W, Si Mn, Cr等，可以根據(jù)返回料的成分，根據(jù)

14、一定的合金設計計算式控制各個成分的含量，得到較好磁性水平的合金: i(H=0.08A/m)=80000 Gs / Ge , i(H=0.4A/m)=120000 Gs / Ge , m=278000 Gs / Ge , Hc=0.848A/m, Bs=o.73T. 當然，熱處理工藝也要滿足一定的要求，不過要求不是十分嚴格。所以可以說這是一個成分控制為主導的通用型鋼和合金。,工藝控制通用鋼：Fe-0.1/0.16C-0.41/0.99Si-1.2/153Mn,長期使用的低合金耐熱鋼，雖然已經(jīng)發(fā)展了許多不同級別的鋼種，其短時力學性能雖有差別，但在一定程度說，其長時力學性能(使用十萬小時以上)的差別

15、不大，因此，有條件發(fā)展不同使用溫度范圍的通用型鋼和合金，其主要成分可以簡單化，但卻允許一定的殘余元素存在范圍。 雙相合金。以+雙相鈦合金為例，該合金系的室溫力性和超塑性能力與相的體積百分數(shù)、相基體的電子與原子的比例、相的固溶強化程度(它又由合金元素與鈦的原子半徑差和電阻變化率決定)、和時效溫度決定，所以可以根據(jù)成分和這些參量的關系進行合理的合金設計，發(fā)展出一類通用型雙相鈦合金，,環(huán)境友好設計方法 一個部件的環(huán)境友好設計：部件失效帶來的成本和環(huán)境負荷（包括停產(chǎn)修理）B ，修理部件的花費和環(huán)境負荷, A B/A越大，最佳壽命應越長,2. 幾個部件的環(huán)境友好設計：Monte - Carlo 方法,四

16、。滿足市場規(guī)律，發(fā)展低成本的金屬材料 大量民用品的生產(chǎn)和應用都與金屬材料相關，民用品必須講究成本，其中重要一環(huán)是使用成本低而又能滿足使用要求的金屬材料。 對于比較貴的合金和民用產(chǎn)品，發(fā)展低成本金屬材料就更加重要 如Ti合金，高級鋼材 五。用高新技術改造傳統(tǒng)金屬工業(yè)。 制備技術的工業(yè)化改造和革新是21世紀中國金屬材料工業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。,新（型）金屬材料 完全不同于傳統(tǒng)金屬材料的一類新的金屬材料 雖仍具有金屬的最基本的特性，但是有本質區(qū)別： 涉及的基本的理論體系有重大的本質性發(fā)展， 合金系統(tǒng)的某些基本特性及其設計原理也有重大發(fā)展 某些特殊優(yōu)越的使用性能，是傳統(tǒng)金屬材料得不到的特殊性能 并非一定是

17、新發(fā)現(xiàn)的，但在過去尚不可能作為一種工程材料實現(xiàn)工業(yè)化應用，只是在當今的科學和技術發(fā)展的條件下，才有可能成為工程材料得到應用 金屬間化合物結構材料 金屬間化合物功能材料 新型功能結構材料 非晶薄帶和大塊金屬玻璃材料 納米晶粒尺度的金屬材料 先進金屬基復合材料,金屬間化合物材料是巨大的新金屬材料庫 1914年英國冶金學家首次提出“金屬間化合物 （Intermtallics）”一詞 自1913到1989年發(fā)現(xiàn)的25000種金屬間化合物的數(shù)據(jù) 金屬間化合物材料的特點 金屬間化合物材料則不是以某種金屬元素為基體，而是以金屬間化合物為基體 還保持金屬基本特性的化合物，它在許多方面會與傳統(tǒng)金屬材料相通 從“

18、化合物” 這一特點出發(fā)，它在許多方面會與傳統(tǒng)金屬材料不同 不同原子之間具有較強的結合力， 室溫下有較大的脆性， 不同原子之間的各式各樣的結合，使得不同金屬間化合物表現(xiàn)出各式各樣的有吸引力的特性和優(yōu)越性 金屬間化合物難于成為很容易生產(chǎn)和大量應用的工程材料。,金屬間化合物結構材料 比重低而熔點高 強度隨溫度升高而提高是一種反常強度溫度關系 脆性，79年日本的Izumi發(fā)現(xiàn)加硼可以大大提高Ni3Al金屬間化合物的塑性 ， 目標是發(fā)展出一種能耐更高溫度，比強度（強度與比重之比稱為比強度）更高的新型高溫結構材料 希望發(fā)展一類金屬間化合物高溫材料，它要具有比鎳基高溫合金更高的高溫比強度，又要具有比脆性高溫

19、陶瓷材料更好的塑性和韌性，并且在生產(chǎn)工藝和裝備上更接近已有金屬材料的大生產(chǎn)裝備 近中期要求是能取代一部分正在使用的比強度較差的高溫結構材料，以降低各種運載工具用引擎和運載工具本身的重量，提高比推力和效率，從而例如期望能減少越洋飛行時間的一半 美、日、歐洲諸國都組織了連續(xù)性的全國性的研究計劃 。我國863和國家自然科學基金重點和重大項目 鋁化物，硅化物Ni3Al、NiAl、TiAl 、Ti3Al、FeAl 、Fe3Al、Fe3Si和Ni3Si、Nb5Si3、 Mo5Si3、MoSi2等。,金屬間化合物結構材料發(fā)展現(xiàn)狀 Ni3Al和Ti3Al、Fe3Al和Ni3Si合金是開發(fā)最早的金屬間化合物結構

20、材料，它們的金屬特性較強，還可以與鎳、鐵或鈦固溶體組成雙相合金，室溫塑性較高，比較容易解決工業(yè)化問題，目前都已可實際工業(yè)應用 NiAl和TiAl是九十年代以來重點開發(fā)的材料， 美國GE公司的NiAl單晶導向葉片已經(jīng)成功通過試車，降低發(fā)動機部件重量可達30%左右 TiAl合金是當前發(fā)展的重點，降低發(fā)動機部件重量可達到40-50%左右 ，1999年初TiAl合金的排氣閥已在體育運動高速比賽汽車上實際應用，2000年初已用做增壓渦輪 目前研究的重點是努力提高TiAl合金使用溫度、發(fā)展高溫高性能TiAl合金，并使TiAl合金能實用于航空航天工業(yè) 發(fā)展熔點更高的金屬間化合物合金系。目前在探索Mo5Si3

21、 Nb5Si3、和MoSi2合金系。還有人探索高熔點貴金屬基的金屬間化合物合金系,Ni3Al合金IC6導向葉片,已進入應用階段鑄造合金的典型性能 拉伸 Ti-47Al-2Nb-2Cr Ti-45Al-2Nb-2Mn+0.8Vol%TiB2 (GE) (Howmet) 性能 (晶粒400-600m) (晶粒100-150m) Y (MPa) 275-380 400-600 B (MPa) 360-500 485-720 % 1-3 0.5-1.5 K1C(MPam) 22 17,高鈮鈦鋁合金的拉伸性能與典型TiAl合金的對比,AMM,新金屬材料國家重點實驗室 State Key Laborato

22、ry for Advanced Metal & Materials,金屬間化合物功能材料 釹鐵硼稀土永磁材料 稀土元素與鐵形成的金屬間化合物為基的永磁材料，可以做成能量密度很高的貯能器?？梢愿咝实貙崿F(xiàn)能量與信息的相互轉換 日本釹鐵硼稀土永磁材料有將近60%做計算機硬磁盤驅動器，高性能的釹鐵硼稀土永磁材料還應用于軟磁盤驅動器，光盤驅動器、傳真機和數(shù)字視盤等?，F(xiàn)在DVD要求的存貯量更高。為滿足磁頭定位精度高和存、取速度更快的要求，要求釹鐵硼稀土永磁材料的磁性能更高。80年代末，Nd-Fe-B系燒結永磁體的最大磁能積為400 kJ/m3（50 MGOe）左右，1994年達到431 kJ/m3 (5

23、4.2 MGOe)，希望能夠達到理論值：512 kJ/m3 (64MGOe)。目前最新發(fā)展是稀土鐵化合物與aFe兩相納米復合的新型永磁體：用10 納米尺度的Nd2Fe14B/ Fe (20%體積分數(shù))，磁性能可達到880 kJ/m3 我國96年年產(chǎn)量達到2600噸，在國家863發(fā)展計劃的支持下取得了更大的發(fā)展，開發(fā)了N45系列磁體，正在開發(fā)N50 系列N44H和N33UH磁體, 已批量出口VCM磁片, 已建成年產(chǎn)10噸HDDR各向異性粘結磁體的生產(chǎn)線，磁能積達到15.5。最近，年產(chǎn)50噸高檔稀土釹鐵硼材料的中試線建成, 已成功研制了1.3-11KW等六種稀土永磁電機，大容量的1120kw永磁電

24、機正在研制中。抽油機用的11-37KW永磁電機也已研制成功，并在油田得到實際應用，可節(jié)電43%。目前，我國已形成了年產(chǎn)1.5萬臺稀土永磁發(fā)電機及移動發(fā)電裝置的能力。,稀土超磁致伸縮材料 Laves相RFe2為基體的金屬間化合物合金（R=Tb0.3Dy0.7）, 磁致伸縮應變大，能量密度高，能量轉換效率高，響應速度快，穩(wěn)定與可靠性高等 Tb-Dy-Fe合金的軸向是晶體的擇優(yōu)生長方向,接近易磁化方向，認為是制造軸向取向是制造高性能Tb-Dy-Fe的唯一技術途徑 改變 Gl/V比（GL-溫度梯度，V-晶體生長速度）來控制Tb-Dy-Fe合金晶體軸向擇優(yōu)生長的晶體學方向，可制造,或，或，或+混合軸向取

25、向的Tb-Dy-Fe 材料。發(fā)現(xiàn)軸向取向具有優(yōu)異的低場高性能。例如(Tb0.3Dy0.7)Fe1.95合金軸向取向樣品在40KA/m和6Mpa下的/達到10001150ppm,優(yōu)于美國制造的相同成分的軸向取向合金棒。 已組建產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，可批量生產(chǎn)軸向取向的Tb-Dy-Fe材料。,金屬間化合物貯氫合金 是一種能吸氫和放氫的金屬間化合物材料，是當前重點發(fā)展的鎳金屬氫化物（NiMH）電池的主要電極材料，高容量、綜合性能好的電極材料是提高鎳氫電池的關鍵 LaNi5、CaNi5、和MmNi5金屬間化合物 。目前主要是LaNi5基貯氫合金，其初期活化容易，吸氫和放氫特性優(yōu)異，MmNi5經(jīng)多元合金化后，可

26、改善其貯氫特性，得到滯后小，反應速度快并且難以粉化的貯氫材料 。還有雙相合金LaNiX（X5），主要相LaNi5起貯氫作用，鎳相對氫反應起電催化作用，使電極活化 在863發(fā)展計劃的支持下，我國鎳金屬氫化物（NiMH）電池已取得很大發(fā)展，儲氫合金粉、泡沫鎳和氫氧化鎳質量達到國際水平，并實現(xiàn)商品生產(chǎn)。批量生產(chǎn)的AA電池容量達到1450mAh，1C充放電壽命超過600次。電池性能和生產(chǎn)技術已達到國外先進水平。已建成了和平海灣、三普和浙江中大三條示范生產(chǎn)線，形成年產(chǎn)8000萬只生產(chǎn)能力。此外，電動車用NiMH電池也已研制成功，但尚需提高水平,功能結構材料形狀記憶合金 熱彈性馬氏體相變，導致的形狀記憶效

27、應 。馬氏體受應力時，在馬氏體內(nèi)部的組織，即孿晶或層錯，進行再取向而儲存能量，應力去除或在逆轉變時再取向進行可逆長大，形成形狀記憶效應 偽彈性的形狀記憶效應 母相受應力后誘發(fā)形成馬氏體相變，并發(fā)生應變，去處應力后，馬氏體消失，應變趨于回復 塑性的形狀記憶效應 （或單程形狀記憶效應） 合金冷卻時產(chǎn)生的馬氏體相變，然后經(jīng)塑性形變改變形狀，再加熱產(chǎn)生逆相變恢復到母相時，逐漸回復應變，到馬氏體完全消失時，就完全回復母相的原來形狀 有的合金不但對母相的原來形狀具有記憶效應，而且當再冷卻成為馬氏體時還能回復馬氏體的形狀，稱為雙程形狀記憶效應。但由于這種回復往往是不完全的，雙程形狀記憶效應需要進行反復多達1

28、0次以上的熱機械處理，,最大的應用領域是作緊固連接件，電器連接件。首先做成鈦液壓管的連接環(huán)，先在室溫把TiNi形狀記憶合金機加工成連接環(huán)，但其內(nèi)徑略小于鈦液壓管的外徑，再冷至低溫，加力擴徑8%后使可在鈦液壓管上滑動，當再回到室溫時，TiNi形狀記憶合金緊固連接環(huán)回復到原來尺寸，產(chǎn)生收縮從而緊固連接鈦液壓管。 石油管連接頭是相似的應用。 In-Tl合金，Ti-Ni合金和黃銅合金，Au-46.5/50 Cd、Ti-49/51 Ni、In-18/23 Tl、Ni-36/38 Al、Cu-15.3Zn、Cu-38.5/41.5 Zn等。發(fā)現(xiàn)不僅有序合金能有形狀記憶效應，有的無序合金，例如鐵基形狀記憶合

29、金，F(xiàn)e-25Pt, Fe-Pd, Fe-Mn-Si, Fe-Ni-Co-Ti, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co合金等也有形狀記憶效應。 家用電器上做促發(fā)器或促發(fā)開關。利用形狀記憶合金彈簧的低溫有效彈性模量低于通常的彈簧，而高溫相反的特性，可以控制溫度使形狀記憶合金彈簧雙向來回運動， 起促發(fā)作用。 應用于生物醫(yī)學領域。例如做血凝塊的網(wǎng)狀分離器，先在低于體溫下折疊并放入靜脈血管，當溫度升高到體溫時，網(wǎng)狀分離器重又展開。形狀記憶合金在人體修復術方面用的越來越多，例如做接骨用的板、釘和修牙用具等，利用形狀記憶效應使斷骨之間產(chǎn)生壓力并使斷骨之間連接很好，促進斷骨修復 形狀記憶合金在做手提電話天線，

30、活動眼鏡架等等方面都有應用。,非晶帶和大塊金屬玻璃合金 非晶結構只有原子短程有序排列，而沒有原子按一定規(guī)律排列的長程有序結構 ，似氧化物玻璃 只有極快冷卻條件下才能得到非晶結構固態(tài)金屬非晶薄帶。我國已具備年產(chǎn)6000噸200毫米寬的非晶帶能力，非晶薄帶材料已經(jīng)工業(yè)化應用 主要用途是做軟磁材料，合金系有過渡元素（Fe,Co,Ni）20%類金屬(B,Si,C,P)系，過渡元素（Fe,Co,Ni）-10%(Zr,Hf)系，稀土元素過渡元素系等。具有代表性的商業(yè)合金為Fe78Si9B13、Co66Ni1Fe4Si15B14、Fe40Ni40P14B6、Fe81Co9Zr10B8等。Fe78Si9B13

31、非晶帶做配電變壓器的鐵芯，其鐵損比取向冷軋硅鋼片鐵芯小70%，有巨大經(jīng)濟效益。Co基和Fe-Ni基非晶帶是高導磁率合金。 大塊金屬玻璃材料可以說是九十年代大力發(fā)展的材料 。獲得非晶結構的臨界冷卻速率一般要小于103 K/s. 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的重要的大塊金屬玻璃材料的合金系有：Mg-Ln-TM, Ln-Al-TM, Zr-Al-TM, Zr-(Ti,Nb,Pd)-Al-TM, Zr-Ti-TM-Be, Nd-Fe-Al, Pd-Cu-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P, Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge), Pr-Fe-Al, Fe-(Co,Ni)-(Zr,Nb,Ta)-B, Co-Fe-

32、(ZR,Nb,Ta)-B Fe-(Co,Ni)- (Zr,Nb,Ta)-(W,Mo)B系等（TM表示過渡元素，Ln表示鑭系元素）。Zr-Al-TM系合金可得到30毫米的大塊金屬玻璃材料，加Be的Zr-Ti-TM-Be非晶合金和Pd-Cu-Ni-P非晶合金的厚度可分別達到40和72毫米。,具有一般晶態(tài)材料沒有的獨特特性，例如，具有很高的剛性、強度、耐磨性和斷裂韌性，優(yōu)良的磁性，極佳的耐蝕性和催化特性。在一定的條件下，大塊金屬玻璃材料具有極好的超塑性，拉伸變形量可達15000%。 已用鋯基大塊金屬玻璃合金做成高級的高爾夫球棒的擊球頭（Amorphous golf clubs），利用其高剛性把高爾夫

33、球打的更遠。這種高爾夫球棒價格極高。在國防、化工、能源、機械等行業(yè)都有應用潛力 ，美國國防部已宣布要為軍事系統(tǒng)研究非晶態(tài)金屬 。 極重要的應用潛力，就是作為納米材料的重要制備途徑，即先制備成大塊金屬玻璃材料，再通過控制結晶得到大塊納米材料。 大塊金屬玻璃材料經(jīng)過控制析出納米晶相，可以產(chǎn)生極大強化作用。例如，Zr65Al7.5Ni10Cu12.5Ag5鑄態(tài)全非晶棒的拉伸斷裂強度為1150 MPa，當含有14%納米Zr3Al2析出時，拉伸斷裂強度提高到1520 MPa。,已有研究成果 多元短程序疇過冷理論 直徑為3mmZr52.5Cu17.9Ni14.6 Al10Ti5塊體玻璃合金非晶圓棒 退火溫

34、度 T=773KTX(晶化溫度) 退火時間 鑄態(tài) 3min 5min 10min 納米相的 無析出相 1015nm 2030nm 4555nm 斷裂強度 1780 1830 1960 2080,773k10min退火后的TEM明場像。,20納米非晶相強化的Al9V8Fe2合金帶 斷裂強度可達1487 MPa,納米晶粒尺度的金屬材料 納米材料和納米技術可能成為下一世紀前20年的主導技術，成為下一次工業(yè)革命的核心 。科學技術包括納米材料學、納米機械學、納米電子學、納米化學和納米物理化學、納米生物學等組成一個嶄新的科學技術時代 。目前發(fā)展最快的是在微電子信息領域，納米碳管及納米結構組裝體系等相關技術

35、。生物工程和醫(yī)學領域的應用研究方興未艾。在化工、陶瓷、納米功能涂層等領域的應用研究也是備受重視。 納米金屬材料是以納米（十億分之一米）尺度的晶粒或顆粒組成。晶粒尺度在10納米以上時，占據(jù)界面的原子數(shù)只占20%以下，大部分原子在晶內(nèi)。當晶粒細化到10納米以下時，晶界所占體積百分數(shù)和界面的原子數(shù)的占據(jù)比例上升速度加劇，到1納米晶粒時，晶界原子數(shù)達到90%（隨晶粒形狀略有差異）晶界區(qū)原子排列是被擾亂的有序排列或含有大量缺陷的有序排列，晶內(nèi)原子雖有序排列但與晶粒內(nèi)部的結構相比，原子偏離了正常平衡位置，發(fā)生晶格畸變和晶格體積變化，并且成為被晶界區(qū)隔開而互不相關的納米尺度有序排列原子團，常規(guī)晶態(tài)的電子理論已不能正確應用到這種特殊結構，從而構成與晶態(tài)和非晶態(tài)均不相同的一種新的結構狀態(tài)，成為一種全新的材料。,我國取得重要的進展。 在制備大面積定向納米碳管陣列和超長納米碳管， 制備碳化鋁（TaC）納米絲外包覆絕緣體S iO2, TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜， 制備SIC納米絲為芯的納米電纜， 制備30nm的氮化稼微晶 從四氯化碳(CCl4)制成金剛石粉,表面效應、體積效應，和量子尺寸效應， 納米材料的比表面積/體積很大，高的化學活性，特優(yōu)化學反應催化和光催化性 納米材料的顆粒尺寸越小，電子平均自由程越短，偏離理想周期場越嚴重，當晶粒尺寸達到納