一种改善非晶合金形成能力的方法

专利名称：：一种改善非晶合金形成能力的方法
技术领域：
：本发明涉及一种非晶合金的制备方法。
背景技术：
：制备非晶合金是利用金属特有的玻璃特性长程无续、短程有序的，且在超塑性区内液态结构性能不变而粘滞性接近凝固态的特点，使其在过冷液相区内快速凝固成型的；与晶态合金相比，它具有极高的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和高电阻性，而且还表现出优良的超导性和低磁损耗等特点，在IT电子、机械、化工等行业有广泛的应用前；但是，制备非晶合金的原料不纯或是纯度不高会在合金中引入一定浓度的氧元素，同时，保护气体中的少量氧元素都会对非晶的形成能力会产生很大的影响，极大地限制了非晶合金的成型性，进而限制了非晶合金的大规模化生产。目前，国内外生产制备的非晶合金，为了消除由于合金元素纯度不高而引入的氧带来的不利因素，非晶合金的制备大多选用高纯度的金属材料；但是，高纯度金属因价格昂贵、生产成本高而不适合大规模的生产，这就需要我们去寻找一种能提高合金非晶形成能力的经济有效的方法。
发明内容本发明的目的是，提供一种可行的经济有效的方法解决因合金元素纯度不高而引起的上述缺陷，通过添加适量的稀土元素可以在一定程度上增加合金的非晶形成能力，使合金的弯曲强度、硬度等得到更好的改善；从而达到降低生产成本，使合金趋于大规模生产的目的。-种非晶合金的制备方法，包括在气体保护下，在Zr基、Ti基、Mg基、Cu基、La基和Fe基非晶合金中的一种中添加元素，按计量比在反应炉中熔化并快速冷却凝固，添加元素为稀土元素。优选为Y、Nd、La、Ce、Pr、Sc、Sm、Ho、Er中的一种或者几种。其中，所述保护气体或真空环境中还可含有02，CO,C02，H20，S02，NO，N02和H2气体中的一种或多种混合的杂质气体，该杂质气体的含量为1000國10000ppm。其中，保护气体包括惰性气体或者N2、SF6气体。保护气体的纯度要求为体积百分比大于98%。其中，稀土元素占非晶合金总体摩尔百分含量的0.1%10%，优选为1%5%。其中，各原材料的以重量百分含量计的纯度为大于等于98。/。，同时小于99.5%。反应容器中通冷却水达到快速冷却熔融溶液的目的，冷却速度为106k/s104k/s，优选为105k/s104k/s。其中惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种或几种的混合。现有的非晶合金的制备方法，一般要求杂质气体含量为100ppm;合金纯度在99.5%以上，以保证合金熔铸时不受气体和合金元素纯度的影响。按照本发明的非晶合金的制备方法制备的非晶合金具有以下优点能够在合金纯度要求不高的条件下顺利进行合金熔铸，同时对非氧化性气体的保护环境要求降低，适量的稀土元素除了在合金表面行成一层氧化膜之外，还可以很好的改善非晶合金的力学性能，有利于块体非晶合金的工业化生产。图1是实施例1、2和对比例1所制得的非晶合金的X射线粉末衍射(XRD)图。具体实施例方式下面通过实施例对本发明做进一步的说明。实施例l本实施例说明本发明提供的镧基非晶合金的制备方法。以氩气(纯度99.99%)为保护气体的前提下，杂质气体含量大于1000ppm，熔炼下列配方的非晶合金，合金配比式如下(Las5Al2oClMoNiK)C05)97(Y,Nd)3。所选元素纯度均为99.0%;熔炼非晶合金的具体实验条件及步骤如下1)采用电弧熔炼炉熔炼，样品成型模具为水冷铜模具，冷却速率为1041^;2)采用03mm、04mm、05mm、2mmx4mm或2mmx5mm的石磨吸嘴作为浇注管道；3)按照所给成分配制质量为25克的合金样品；4)采用铜模具浇铸，所制得样品尺寸为3mmx10mmxl00mm;5)采用浇注或吸铸的方式制备样品。实施例2以SF6(纯度99.99%)为保护气体，杂质气体含量大于8000ppm，采用的所有元素纯度均为98.0%;非晶合金的成分为(Zr57Al20Cu10Ni8Ti5)95(Y，Nd)5，其余同实施例1。实施例3本实施例说明本发明提供的铜基非晶合金的制备方法。在氩气(纯度99.0%)气体保护下，杂质气体含量大于5000ppm，所选元素纯度均为99.2%;熔炼下列配方的非晶合金，合金配比式为(Cu45Zr35Ti6Ag14)9()(Ce,Y,Pr)1()，其余同实施例1。实施例4本实施例说明本发明提供的钛基非晶合金的制备方法。在的N2(纯度98.5%)的保护下，杂质气体含量为9000ppm，熔炼下列配方的非晶合金，合金配比视为(Ti5。Ni15Cu32Sn5)94(Nd，Sc)6，其余同实施例1。对比例1本对比例说明现有技术条件下不添加稀土元素时制备的镧基非晶合金的测试性能，采用的原材料均为99.9%以上，以氩气(纯度99.99%)为保护气体，杂质气体含量为100ppm，其它同实施例1。制备的非晶合金为La55Al20Cu10Ni10Co5。对比例2采用的原材料均为99.9%以上，不添加稀土元素时制备的镧基非晶合金的测试性能，杂质气体含量为100ppm，其它同实施例1。制备的非晶合金为La55Al20Cu10Ni10Co5。对比例3采用的原材料均为99.9%以上，不添加稀土元素是钛基合金的非晶形成能力及各方面的力学性能，制备的非晶合金为Ti5QNi15CU32Sn5，杂质气体含量为100ppm，其它同实施例4。测试条件1)XRD分析XRD粉末衍射分析是对材料进行物相分析，以判定合金是否为非晶，本实验是在型号为D-MAX2200PC的X射线粉末衍射仪上进行。以铜靶辐射，其入射波长X=1.54060A，加速电压为40KV,电流为20mA,釆用步进扫描，扫描步长为0.04。。2)DSC分析主要是观察合金的玻璃转化区间大小，从另一方面探讨合金的非晶形成能力。本实验用的仪器是STA4490C，实验条件实验条件氮气以20K/min的速度升到80(TC。用于测试玻璃转化区间AT。3)硬度测试合金硬度测试试样取至熔炼的试样及外来样品，硬度测试是在维氏硬度实验机上测试，压头为100g或200g，加载时间为10s，每个试样取三个点取其算术平均值。4)三点弯曲实验按GB/T14452-93标准在新三思公司的吨位为1吨的实验机上进行，跨距50mm,加载速度0.5mm/min，测试非晶合金的抗弯曲强度。测试结果如下表1所示表l<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其中，AT=Tx-Tg，Tg为玻璃转化温度，Tx为晶化温度。其中，Tx表示当非晶态合金加热到Tx时，将会发生非晶态向晶态转变。固体非晶晶化的过程，表征了过冷液体的结晶过程。AT越大，表示合金的非晶形成能力越强。从实施力1、2和对比例1中的过冷液相区宽度AT的数据变化可以看出，随着稀土元素的增加，合金的过冷液相区宽度得到了很好的改善，非晶形成能力提高了。从表1中的实施例1、2和对比例1，实施例3和对比例2，实施例4和对比例3可以得知，在添加稀土元素后合金的强度、硬度等力学性能都明显提高，可见添加一定量的稀土元素除了能改变合金元素纯度不高对其非晶形成能力的影响外，还能提高和改善非晶合金各方面的力学性能。同时，本发明的实施例采用了纯度为大于等于98%，同时小于99.5%的原材料得到的非晶合金的各项性能优于对比例，而对比例原材料纯度都大于99.5%，进一步说明采用本发明的方法，对原材料的要求下降。同时，实施例的反应容器的杂质气体含量较对比例要高，说明本发明对于环境的要求较对比例要低。另外，由图l中可以看出，添加稀土元素以后，合金的非晶形成能力极大的提高了，从对比例到实施例l、实施例2可见，合金的非晶化能力随着稀土含量的增加增强了，从图1中的对比例1可以看出，在没有添加稀土元素时合金有部分晶态峰；当添加了一定量的稀土元素后，合金的非晶形成能力极大的提高了，所得到的样品完全为非晶态，如实施例l、实施例2所示;同时从实施例1、2可知不同的稀土元素对合金的非晶形成能力改善的程度不一样。综上所述，采用本发明的方法制备非晶合金，通过添加过量的稀土元素，可以降低对原材料和反应容器的杂质气体含量的要求降低，同时对非晶合金的非晶形成能力和非晶合金的性能都有所提高。权利要求1、一种非晶合金的制备方法，包括在气体保护下，在Zr基、Ti基、Mg基、Cu基、La基和Fe基非晶合金中的一种中添加元素，按计量比在反应炉中熔化并快速冷却凝固，其特征在于添加的元素为稀土元素。2、根据权利要求1所述的非晶合金的制备方法，其中，所述稀土元素包括Y、Nd、La、Ce、Pr、Sc、Sm、Ho、Er中的一种或者几种。3、根据权利要求1所述的非晶合金的制备方法，其中，所述保护气体包括惰性气体或者N2、SF6气体。4、根据权利要求1所述的非晶合金的制备方法，其中保护气体的纯度为体积百分比大于98%。5、根据权利要求1任意所述的非晶合金的制备方法，其中，稀土元素占非晶合金总体摩尔百分含量的0.1%10%。6、根据权利要求1所述的非晶合金的制备方法，其中，稀土元素占非晶合金总体摩尔百分优化含量为1%5%。7、根据权利要求1-5中任意一项所述的非晶合金的制备方法，其中，各原材料的以重量百分含量计的纯度为大于等于98%，同时小于99.5%。8、根据权利要求1或2所述的非晶合金的制备方法，其中，所述保护气体或真空环境中还含有02，CO，C02，H20，S02，NO，N02和H2气体中的一种或多种混合的杂质气体，该杂质气体的含量为1000-10000ppm。全文摘要公开了一种非晶合金的制备方法，包括在气体保护下，在Zr基、Ti基、Mg基、Cu基、La基和Fe基非晶合金中的一种中添加元素，按计量比在反应炉中熔化并快速冷却凝固，添加元素为稀土元素。稀土元素占非晶合金总体原子百分含量的0.1％～10％。采用本发明的方法制备非晶合金可以降低对原材料和反应容器的杂质气体含量的要求，同时对非晶合金的非晶形成能力和非晶合金的性能都有所提高。文档编号C22C1/00GK101195874SQ200610162169公开日2008年6月11日申请日期2006年12月7日优先权日2006年12月7日发明者清宫,张法亮,梅李申请人:比亚迪股份有限公司