从 2mm 到 2cm：非晶合金突破厚度限制

非晶合金就像2000年的碳纤维，是当今的奢侈品，但将来却是必不可少的材料。

在传统金属保持有序的晶体结构的同时，一种革命性的材料正在重塑材料科学：非晶合金，通常被科幻爱好者称为 “液态金属”。凭借其混乱的原子排列，它们具有超越传统金属的非凡特性——超高强度（1,600-2,200 MPa）、极高的硬度（500-600 Hv）、卓越的弹性极限（2%）和卓越的耐腐蚀性。

经过三十年的研发突破，非晶合金已从日立金属的微米薄带发展到中国企业通过每秒百万度的冷却实现2厘米厚的方块。厚度的增加带来了指数级更大的挑战，这代表了完全不同的技术制度。

随着厚度能力的增长，工业应用呈爆炸式增长：可折叠的手机铰链、智能手表外壳、电机外壳、人造骨骼，甚至脑机接口电极。这种曾经受实验室限制的 “液态金属” 正在兑现其从奢侈品过渡到必需品的承诺。

非晶合金的原子密码

故事始于 1960 年 9 月 3 日， 自然论文 “固化金硅合金中的非晶结构”。美国杜韦兹教授偶然发现，冷却在约1,000,000°C/sec的熔融合金在结晶前将原子 “冻结” 为无序状态，从而创造了人类第一个非晶合金。控制这种原子混乱需要克服热力学和动力学屏障，就像在火山喷发期间雕刻冰一样。

在微观层面上：

• 传统金属将原子排列在有规律的晶格中。
• 非晶合金类似于原子即兴创作——没有重复的模式（“远程失调”），即使在纳米尺度下也能观察。原子在液体般的随机性中保持 “冻结” 状态。

这种混乱的结构解锁了无与伦比的特性：

• 超高强度: 1,500—2,200 兆帕（实验室记录：6,000 兆帕），超过钢（100—1,300 兆帕）、不锈钢（200 兆帕）和钛合金（900 兆帕）。
• 极高的硬度: 500—600 Hv（实验室记录：1,800 Hv），超过了不锈钢（200 Hv）和钛（400 Hv）。
• 高弹性：弹性极限高达2％（理论最大值：4.2％），而钛/不锈钢的弹性极限为0.6％。
• 耐腐蚀性：没有晶界可防止腐蚀路径。
• 轻便：比成分相似的不锈钢轻 13-34%。
• 其他属性：抗菌性能、生物相容性、催化活性和吸附能力。

三十年演变：从微米色带到厘米方块

(1) 2000 年代：用于功率核心的微米薄色带​

最初的工业化通过 “熔体纺丝” 使用铁基合金，生产20—80μm的碳带。它们取代了变压器铁芯中的硅钢，将空载损耗减少了70-80％。

(2) 2010 年代：用于薄壁应用的毫米条带​

出现了锆基合金，通过 “真空压铸” 进行加工，厚度≤2mm。高成本限制了对优质 3C 组件的使用。

(3) 2020 年代：厘米方块可实现广泛的应用​

开创性公司使用锆、钛和铜基合金突破了厘米阈值。先进的 “大气保护压铸技术” 提高了产量并降低了成本，扩展到了消费类电子产品、医疗器械、机械和航空航天。

全球竞赛：丝带主导地位与散装材料突破

非晶合金分为两个领域，具有不同的技术、应用和市场领导者：

• 丝带（铁基）: 主要用于配电（例如，变压器磁芯）。
• 散装材料（锆/钛/铜基）: 用于结构部件。

(1) 色带生产：中国领先​

日本的日立金属（1977年的先驱者）以10万吨的年产能（20％的市场份额）在全球占据主导地位。中国现在生产的全球供应量占全球供应量的70％：

• 青岛云路: 10万吨以上的产能；40% 的全球份额。
• Ametek: 容量超过 50,000 吨；全球份额为 10%。

2024 年中国数据:

• 14.5万吨色带产量（同比增长23.9％）。
• 约90,000吨出口（主要出口到东南亚）。
• 纳米晶合金（带状衍生物）：40,000 吨产量（全球份额为 60%）。

(2) 散装材料：潜力巨大​

总部位于美国的 Liquidmetal Technologies 率先开发了锆/钛块合金。脆性、加工难度和高成本（例如，锆合金：>2,000日元/千克）等挑战限制了商业化。目前的国内市场：约10亿日元，预计将呈指数级增长。

中国创新者包括：

• 江苏混沌新材料科技
• 常州世景液态金属
• 东莞亿豪金属材料有限公司
• 上海启盛金属科技

显著的发展：华为和江苏Chaos共同申请了用于可折叠设备铰链的锆基非晶合金技术的专利（2025年）。

技术突破：2cm 阈值

“全周期大气保护压铸。”这个过程：

• 确保每秒百万度的均匀冷却。
• 保持超低氧环境。
• 解决了厚部分的核心冷却难题。
• 提供 ±0.02 毫米的尺寸精度（超过 MIM，可与 CNC 相媲美）。
• 无需二次工艺（烧结/热处理）。

关键特性:

• 海水浸泡：2 年后零腐蚀。
• 20% 盐酸：可承受 3 个月的暴露。
• 耐腐蚀性：比 316 不锈钢高 10 倍。

应用点燃：十亿元人民币的市场

可折叠设备引领普及:

• 华为的Mate X（2019）和Mate XT（2025）使用锆铰链。
• 非晶铰链可承受 500,000 多次折叠（2 倍传统金属）。
• 2025年中国可折叠设备出货量：947万台（铰链材料市场：约10亿日元）。

扩展应用程序:

• 汽车: 门锁、把手、铰链。
• 可穿戴设备: 智能手表外壳。
• 工业：电机外壳（减轻 15-20%）、谐波驱动弹性曲线。
• 医疗：骨植入物（骨整合速度加快 50%），无震颤手术工具。
• 神经科技: 脑机接口电极。

市场预测: 锆散装合金需求每年增长30-40％，在3-5年内超过100亿日元。

厘米时代开始了

从杜威兹的意外发现到日立的色带统治地位，再到现在中国的散装材料突破，非晶合金已经进入了 “厘米时代”。它们不再是实验室的好奇心，正在成为各行各业必不可少的推动因素——推动更轻、更强、更智能的未来。

正如张启东（Jiangsu Chaos）所观察到的那样：“今天的非晶合金反映了2000年的碳纤维——明天的必需品源于当今的奢侈品。”

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宝辉钢铁有限公司

宝辉钢铁有限公司 已确立了自己作为取向硅钢和非晶材料的主要出口商的地位，在变压器行业拥有强大的客户群。由于其独特的特性，非晶铁芯现在正在重塑变压器行业的发展格局。作为变压器制造商或加工商，我们有能力为您提供全面的材料解决方案和加工服务，使您能够在这个快速发展的行业中获得竞争优势。