科创中国

一、项目意义

金属玻璃是一种新型非晶态合金材料，其原子排列不具有三维周期性，但在几个 原子间距范围内仍呈现出一定的有序性，具有优异的物理、化学、力学等性能，有望成为支 撑未来精密机械、信息、航空航天、国防工业等高新技术的关键材料。铁基金属玻璃是组元 中铁原子百分比最大的一类金属玻璃体系，饱和磁化强度在***～***、矫顽力可低于 ***、磁导率可达450000，软磁性能远优于传统的硅钢片，可以直接铸熔加工或3D打印成 各种复杂结构的磁芯和器件，是节能变压器、电感器、无线电频率识别器等理想的磁性功能 材料。此外，其耐腐蚀性能比常规不锈钢高10000倍，断裂强度可达4GPa以上，也是一类极具 应用潜力的结构材料。据美国金属学会研究，如果钢材强度能提高5％，桥梁寿命将增加 1％，经济效益达300亿美元；铁基块体金属玻璃断裂强度极高，可达碳钢的几倍至十几倍， 若能将之应用于结构材料，产生的经济效益更是难以估量。近年来，在研究人员的不懈努力 下，铁基块体金属玻璃的压缩塑性不断提升。然而，压缩实验属于限制型试验，样品端面与 压头之间的摩擦力会影响样品的压缩变形量和破坏形式，严重影响铁基金属玻璃的变形行 为，促使大量剪切带生成，从而承受施加的应变能，导致压缩性能非铁基金属玻璃的本征力 学特性，阻碍了铁基块体金属玻璃塑性变形机理研究。而拉伸实验属于扩张型试验，实验仪 器基本不会对实验材料的压缩变形量和破坏形式产生影响，所以更能反映材料的本征属 性。因此，寻求具有拉伸塑性的金属玻璃材料是该领域的“圣杯”，研究铁基块体金属玻璃在 拉应力场中断裂损伤机理也更有利于深入理解和揭示金属玻璃的变形破坏本质，具有重要 的科学意义。然而，目前发现的超大压缩塑性铁基块体金属玻璃的临界尺寸很小，不到 ***，常规实验方法至今没有制备出结构完全非晶态的“哑铃状”拉伸试样，目前，现有研 究制备出的只能是两端直接相同的柱状金属玻璃棒。本发明的是一种哑铃状的金属玻璃试 样，两端粗中间细，这种样品在本发明之前不论是吸铸法还是喷铸法都制备不出来，原因铁 基金属玻璃的非晶形成能力小，达不到传统方法制备哑铃状样品的需求。

二、项目优势

本发明创造性的提出先利用石英管吹出哑铃状，然后水淬内部熔体制备哑铃状的 金属玻璃试样，本发明的方法是目前唯一可以制备铁基块体金属玻璃哑铃状试样的方法。

柱状非晶棒制备出来只能做压缩实验，因此，目前铁基块体金属玻璃力学性能的 研究主要是研究压缩力学性能；但是哑铃状的金属玻璃试样制备出来以后可以做拉伸实 验，这可以拓宽铁基块体金属玻璃力学性能的研究范围，更加本征的表征铁基金属玻璃的 力学性能。利用本发明的方法制备哑铃状铁基块体金属玻璃试样能够填补这一方向的研究 空白，有望取得突破性的成果。

三、转化需求

（1）本成果技术成熟，市场需求大，但项目大面积推广资金投入较大，需要政府给予一定的政策和资金扶持。（2）本技术成果也可在其它相关领域应用，但需要做进一步的针对性研究。