[发明专利]一种铈基非晶合金及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种非晶合金及其制备方法，具体地说是一种铈(Ce)基非晶合金及其制备方法，属于非晶合金领域。

二、背景技术

自上个世纪六十年代非晶合金被发现以来，非晶合金以其独特的优于普通合金的力学性能，磁学性能，抗腐蚀性能，良好的生物相容性，而具有极其广泛的潜在应用，并且受到了材料领域的极大关注。非晶合金由于在加热的过程中经过玻璃化转变后进入过冷液相区，并在过冷液相区里呈现粘流态，能在很低的应力下(2MPa左右)发生流动，为其在将来的加工成型提供了很大的方便，而存在极大的潜在应用价值。另外，非晶合金在凝固的过程中具有较小的收缩，使其在精密成型技术上具有优于普通合金铸造性能。非晶合金没有晶界，具有光滑的表面和良好的抗腐蚀能力，在耐蚀合金，微机械制造领域也存在着潜在的应用价值。

2004年，中国科学院物理所发现了铈基Ce-Al-Cu合金具有较低的玻璃化转变温度，使非晶合金的Tg降低到了100摄氏度以下，使得非晶合金能像普通的聚合物工程塑料一样可以在较低的温度下发生玻璃化转变，进而可以很容易的进行热塑性成型，并把这个体系的合金取名为金属塑料。非晶合金能像工程塑料一样容易的进行变形，而强度却是工程塑料的几倍甚是几十倍。对于非晶合金的加工成型，其玻璃形成能力和过冷液相区的稳定性很关键的参数。已有的Ce-Al基三元非晶合金只能形成3mm的非晶，即使四元的Ce-Al基非晶也只能形成10mm的非晶，不能做较大的样品，这极大得限制了其应用的范围，不利于工程应用。

三、发明内容

本发明旨在提供一种铈基非晶合金及其制备方法，所要解决的技术问题是在提高非晶合金的玻璃化形成能力的同时降低其玻璃化转变温度。

本发明铈基非晶合金，其特征在于其组成按照原子百分比构成为：

Ce 60-80％，Ga 0.1-20％，M 0.1-25％；

其中M选自Pd、Cu、Zr、Ti、Hf、Fe、Co、Ni、Nb中的一种或几种；

所述铈基非晶合金的非晶态最小临界直径为1mm-14mm。

所述铈基非晶合金的非晶态最小临界直径的范围优选10-14mm。

本发明铈基非晶合金的制备方法，包括母合金的制备和吸铸成型各单元过程，其特征在于：

所述母合金的制备是按配比量称取纯度不小于99.5％的各金属原料，混合后在氩气保护下通过电弧熔炼或其他常规方法熔炼得到母合金铸锭；

所述吸铸是将母合金铸锭熔化，通过真空吸铸或喷铸法、单辊或双辊旋转熔体法、平面流铸造法以及雾化制粉法等其它常规非晶制备方法得到铈基非晶合金材料。

将吸铸后得到的非晶合金材料的温度升至玻璃化转变温度以上后经过注塑、压铸或模具锻造成型，再经空气冷却后制备得到不同形状的非晶合金材料。

本发明制备的铈基非晶合金的非晶特性和所含非晶相的体积分数可以用多种已知的技术进行确认与估计。在本发明的实施例中，采用日本理学D/MAX2500V衍射仪的Cu靶K_α射线对铸态样品进行非晶结构的检测。本发明的实施例中，用TA-Q2000以及PE-DSC8000差示扫描量热仪在高纯氩气保护的气氛下进行样品的热分析测量，仪器的温度与能量校正样品是高纯In和Zn，等温和连续加热的加热速度为10K/min或者是20K/min。

本发明制备的铈基非晶合金的力学性能数据可以用多种通用的仪器进行测量。在本发明的实施例中，室温时样品的力学特性(断裂强度)在MTS 810型试验机上进行，进行压缩测试时的应变速率为1×10^-4/s。在过冷液相区的拉伸试验是在TA-Q800动态力学分析仪上进行的，实验温度115℃，应变速率0.005/min。

本发明Ce_aGa_bM_c非晶合金为100％的非晶结构，可以形成临界直径为厘米级的非晶。该合金系具有不小于20K的过冷液相区宽度和不高于430K的玻璃转变温度，这里的过冷液相区宽度ΔT_x定义为非晶合金晶化开始的温度T_x和玻璃转变开始温度T_g之差，这些热力学数值是用标准差示扫描量热仪以10K/min或者20K/min的加热速度获得的。