[发明专利]一种高通量表征合金成分的非晶形成能力的方法

说明书

本发明公开了一种高通量表征合金成分的非晶形成能力的方法，属于非晶合金新材料技术领域。本发明通过将母合金锭熔化后，使用喷铸的方法将金属熔体冲进楔形模具中，得到具有不同冷却速度特征的楔形合金板材，可用电阻测量法进行梯度检测。冷却后使用X射线衍射仪对楔形合金板不同宽度处的结构进行纵向线扫描表征，就能快速检测出该成分能形成完全非晶的临界尺寸，从而量化表征出其非晶形成能力的大小。本发明解决了传统检测法需要制备不同尺寸非晶样品及其造成的原料消耗大、成本高、费时间的问题。

技术领域

本发明属于非晶合金新材料技术，具体涉及一种高通量表征合金成分的非晶形成能力的方法。

背景技术

非晶合金作为一种无序材料，具有高强度、高弹性、耐腐蚀性等优点，在航空航天等装备以及海洋装备表面防护领域具有很大应用潜力。但由于受到其形成能力的限制，现有的一些成分制备出的非晶合金尺寸较小，寻找具有大尺寸形成能力的合金成分成为急需解决的问题。

非晶合金的原子结构区别于传统的晶态金属材料，呈现一种长程无序的排列方式，其通过高速冷却(通常可达到10⁴K/s)将液态金属的结构“冻结”下来，并保存到室温状态下。对冷速要求越低的成分越容易形成金属玻璃，即对应非晶形成能力越大。而非晶形成能力越大的成分，在同等冷速条件下形成的金属玻璃的极限尺寸也就越大。但因为冷却速度通常难以测定，在非晶合金领域中，也采用铜模铸造时形成非晶的极限尺寸来衡量其非晶形成能力。

传统的非晶合金形成能力检测都是通过喷铸或吸铸的方法，借助不同尺寸的模具以制备出对应尺寸的棒材或板材，然后使用X射线衍射仪依次确定其结构特征，从而测试出对应成分合金的非晶形成能力。这种方法使用的模具制备出的合金样品具有相同的横截面积，其各部分在冷却过程中具有相同的冷却速度，因而也具有基本一致的结构，此后可以通过X射线衍射分析或差示扫描量热法等检测是否为非晶结构，以此判断在该合金成分能否形成这种尺寸的非晶材料，若能形成非晶则替换更大尺寸模具，否则换为更小尺寸的模具，重复制备并表征，从而得到该合金成分的非晶形成能力。

在传统测试方法中，首先需要定制各种不同尺寸的模具，大大增加了试验的成本。其次制备不同尺寸合金棒材或板材的铸造过程需要重复多次，不仅造成了原料和设备等的浪费，还需要极大的人力和时间成本。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种高通量表征合金成分的非晶形成能力的方法。

技术方案：本申请所述的一种高通量表征合金成分的非晶形成能力的方法，包括如下步骤：

(1)将母合金锭在氩气保护气氛中使用电弧熔炼法熔化为合金液体；

(2)将步骤(1)的合金液体充入等厚不等宽的楔形模具中，使其自然冷却，得到楔形合金板；

(3)将步骤(2)到的楔形合金板用四探针法测量不同位置处电阻值，判断合金板中开始出现晶体的位置；并置于X射线衍射仪中，对楔形合金板不同位置进行X射线衍射测试，进一步确认开始出现晶体的位置。

步骤(1)中，腔体内氩气气压为0.8-0.9atm。

步骤(1)中，熔炼时控制加热电流为110-120A。

步骤(2)中，楔形模具选用纯铜材质，内开凹槽为等腰三角形，底10±0.05mm，高30±0.05mm，深1或2±0.01mm。

步骤(2)中，所述楔形模具内壁抛光至光亮。

步骤(3)中，楔形合金板电阻测试时恒定电流值为100-200mA。

步骤(3)中，电阻测试和X射线衍射测试时沿着楔形合金板底边中垂线方向移动测试。

步骤(3)中，每次移动间距为1.5±0.01mm。