铱非晶合金丝及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铱非晶合金丝，其为由下列组成的铱非晶合金材料制得的截面直径从几微米到几百微米的合金丝，Ira‑[Tax(Nb)1‑x]b‑[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c‑Bd其中，a、b、c、d均为原子百分数，且20≤a≤40，30≤b≤40，20≤c≤35，0≤d≤15，a+b+c+d＝100；x、y、z、r、m、n、k为原子分数，0≤x,y,z，r，m,n,k≤1且y+z+r+m+n+k≤1；其中，所述的非晶合金材料中的非晶相不低于75％。本发明专利技术还提供上述铱非晶合金材料的制备方法。本发明专利技术籍由对铱非晶合金材料的成分调整，获得具有良好的铱非晶合金形成能力以及较宽的过冷液相区，增大了铱非晶合金尺寸且避免了高温晶化，从而可以制备出现有技术从未制造出的微米尺度或纳米尺度的丝状铱非晶合金。

【技术实现步骤摘要】
铱非晶合金丝及其制备方法
本专利技术属于凝聚态物理和材料科学领域。
技术介绍
铱合金丝具有独特的高温抗氧化性、良好的热稳定性和高硬度等特性，使其在火花塞电极、白炽光灯丝、高温抗氧化热电偶、传感器等方面有广泛的应用。此外，医疗上将放射性同位素铱-192丝作为γ放射源来治疗癌症。然而，金属铱的熔点为2410℃左右且在室温下极脆，因此通常制备铱合金丝需要在高达1800℃以上进行成型。在如此高的作业温度下，对模具的耐高温要求以及达到高温条件的能耗和合金丝的氧化等问题显得异常突出。更糟糕的是，当温度达到1227℃时，铱会与氧气反应生成气态氧化物IrO3，造成铱的质量损失(文献1：ChenZ,WuW,CongX.OxidationresistancecoatingsofIr–ZrandIrbydoubleglowplasma[J].JournalofMaterialsScience&Technology,2014,30(3):268-274.)。这类问题直接导致铱合金丝的应用成本大大升高，不利于市场推广。为了得到含铱的合金丝，研究者们把目光转向了非晶材料领域。众所周知，非晶合金又称金属玻璃，它和玻璃一样具有较稳定的过冷液相区。当非晶合金的温度升高到其玻璃转变温度Tg(约0.67倍熔点Tm)附近，就变成类似粘稠液体的过冷液态，其过冷液相可以在几十度甚至一百多度的温区较长时间地存在。具有稳定的过冷液态的非晶合金具有出色的超塑性变形能力，大大地改善了铸造成型的能力。而且，由于非晶合金在凝固的过程中体积变化要比晶态合金小很多，在超塑性变形的过程中体积没有突变，所以不易形成缩孔，气孔等铸造缺陷，并且，成型后铸件表面可达纳米级别的粗糙度，不需要二次加工。因为铱属于面心立方结构，在铸造过程中，其晶向往往偏向于<100>方向，但是有部分<111>等其它晶向，这使得其抗氧化性和抗腐蚀性大打折扣(文献2SakairiK,TanakaK,NakamuraM,etal.MetalWireRodMadeofIridium-ContainingAlloy:U.S.PatentApplication13/882,572[P].2011-12-15.)。但是，如果形成含铱的非晶合金，由于非晶合金没有晶格取向，宏观上表现为各向同性，因而可打破晶界的限制。也就是说，相较于同成分的晶态合金，非晶合金有更好的耐腐蚀性、抗氧化性和硬度。这一点已从现有的锆基、铁基非晶合金得以证实。目前，已有报道含铱非晶合金材料，比如W56Ir23B21等。但这些现有的含铱非晶材料非晶形成能力(GFA)较差，只能制备出2微米左右的条带。而且，非晶合金热塑性成型的能力与非晶形成能力密切相关，较差的非晶形成能力伴随着很窄的过冷液相区，导致在热塑性加工过程很容易晶化。因此，这些现有的含铱非晶材料是无法用于进一步制备具有更大尺寸的铱非晶合金丝。迄今为止，非晶形成能力很好且有效尺寸超过1mm的含铱非晶合金还未见报道。此外，对于非晶形成能力好的非晶合金材料，目前已有多种方法将其从棒材进一步制备成直径几微米到几百微米的非晶合金丝，例如吐丝法、水纺法等。但是，对于现有的含铱非晶材料，由于铱本身熔点较高，导致其玻璃转变温度很高，目前现有的装置耐热受限均不适用。更重要的是，通常非晶合金的过冷液相区仅仅只有100℃左右，一般常用做丝的非晶合金Tg为400到600℃，制备丝的过程往往是凭经验适当升温，就可以达到过冷液相区。而现有的含铱非晶材料的Tg接近900℃，在如此的高温段对温度进行控制需要更加快速且精确，否则很容易导致含铱非晶材料的晶化，这可能也是至今未见报道有铱非晶合金丝的原因之一。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种铱非晶合金丝，其既具铱合金丝的独特的性质，也具有非晶合金材料的优点，基本上可以克服现有技术中铱合金丝在加工成型中遇到的问题。本专利技术的另一个目的在于提供高效且节能地制备上述铱非晶合金丝的方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：本专利技术提供一种铱非晶合金丝，其为由下列组成的铱非晶合金材料制得的截面直径从几微米到几百微米的合金丝，Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd其中，a、b、c、d均为原子百分数，且20≤a≤40，30≤b≤40，20≤c≤35，0≤d≤15，a+b+c+d＝100；x、y、z、r、m、n、k为原子分数，0≤x,y,z，r，m,n,k≤1且y+z+r+m+n+k≤1；其中，所述的非晶合金材料中的非晶相不低于75％。在本专利技术的实施方式中，上述铱非晶合金材料可由下述方法制得，包括如下的步骤：1)配料：按照前述Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd，准备所需原子摩尔比例的各金属元素原料；2)铸锭：若成分配比不含硼(B)，即d＝0时，将步骤1)中的各组分配料在钛吸附的氩气氛保护的电弧炉中熔炼混合均匀，冷却后得到母合金铸锭；若成分配比里含硼(B)，即d≠0时，先用钽(Ta)或铌(Nb)包裹硼炼成钽硼或铌硼合金，再与步骤1)中的其余各组分配料在钛吸附的氩气氛保护的电弧炉中熔炼混合均匀，冷却后得到母合金铸锭。本专利技术提供一种制备上述铱非晶合金丝的方法，所述方法利用载荷牵引法，包括如下步骤：1)将前述铱非晶合金材料Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd的母合金铸锭用电弧炉吸铸装置制备出非晶合金棒材，所述棒材大体上为直径0.5-3mm、长2-6cm的圆柱形；2)在氩气保护下，用感应线圈在5-10秒内快速地加热步骤1)中制得的棒材至过冷液相区，同时，将所述棒材的下端以载荷(例如，10-100g)进行牵引；所述铱非晶合金材料的粘度下降，所述棒材在牵引力的作用下发生超塑性变形，制备出微米级直径的铱非晶合金丝。本专利技术提供一种制备上述铱非晶合金丝的方法，所述方法利用熔体水冷法，包括如下步骤：1)将前述铱非晶合金材料Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd的母合金铸锭在真空下用感应线圈加热至该母合金锭熔融；2)打开氩气阀，通过气压(例如，3kPa)将熔融的母合金锭通过尖嘴(例如，所述尖嘴的孔径为1-200微米)喷入流动的冷却水中，制备出所需的铱非晶合金丝。本专利技术提供一种制备上述铱非晶合金丝的方法，所述方法利用熔体甩丝法，包括如下步骤：1)将前述铱非晶合金材料Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd的母合金铸锭用电弧炉吸铸装置制备出棒材，所述棒材大体上为直径1-3mm、长2-6cm的圆柱形；2)将步骤1)制得的棒材的上半部分用感应线圈进行加热至所述铱非晶合金材料软化；3)打开铜模滚轮同时操作升降器，使所述棒材的头部与铜模滚轮的刀刃边缘接触，制备出所需的铱非晶合金丝。本专利技术提供一种制备上述铱非晶合金丝的方法，所述方法利用纳米压印法，包括如下步骤：1)将前述铱非晶合金材料Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铱非晶合金丝，其为由下列组成的铱非晶合金材料制得的截面直径从几微米到几百微米的合金丝，Ira‑[Tax(Nb)1‑x]b‑[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c‑Bd其中，a、b、c、d均为原子百分数，且20≤a≤40，30≤b≤40，20≤c≤35，0≤d≤15，a+b+c+d＝100；x、y、z、r、m、n、k为原子分数，0≤x,y,z，r，m,n,k≤1且y+z+r+m+n+k≤1。

【技术特征摘要】
1.一种铱非晶合金丝，其为由下列组成的铱非晶合金材料制得的截面直径从几微米到几百微米的合金丝，Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd其中，a、b、c、d均为原子百分数，且20≤a≤40，30≤b≤40，20≤c≤35，0≤d≤15，a+b+c+d＝100；x、y、z、r、m、n、k为原子分数，0≤x,y,z，r，m,n,k≤1且y+z+r+m+n+k≤1。2.根据权利要求1的铱非晶合金丝，其中，所述的非晶合金材料中的非晶相不低于75％。3.根据权利要求1的铱非晶合金丝，其中，所述的非晶合金材料为选自Ir35Ni20Ta40B5、Ir35Ni25Ta40、Ir36Ni22Ta40B2、Ir25Ni30Ta30B15、Ir35Ni25Nb35B5、Ir30Ni25Co5Ta35B5、Ir30Ni25V5Ta35B5、Ir35Ni20Ta35W5B5、Ir35Ni20Ta30W10B5、Ir25Ni15Nb5Ta35V20、Ir25Ni15Nb5Ta35V10W10、Ir25Ni10Nb10Ta30Co5V10W10、Ir25Ni15Nb5Ta35V5Fe5W10、Ir20Ni15Nb5Ta35V5Cu5W10B5中的一种或其组合。4.一种制备权利要求1的铱非晶合金材料的方法，包括如下的步骤：1)配料：按照权利要求1所述的Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c-Bd，准备所需原子摩尔比例的各金属元素原料；2)铸锭：若成分配比不含硼时，将步骤1)中的各组分配料在钛吸附的氩气氛保护的电弧炉中熔炼混合均匀，冷却后得到母合金铸锭；若成分配比里含硼时，先用钽或铌包裹硼炼成钽硼或铌硼合金，再与步骤1)中的其余各组分配料在钛吸附的氩气氛保护的电弧炉中熔炼混合均匀，冷却后得到母合金铸锭。5.一种制备铱非晶合金丝的方法，所述方法利用载荷牵引法，包括如下步骤：1)将权利要求4所述的铱非晶合金材料Ira-[Tax(Nb)1-x]b-[Niy(Co)z(Fe)r(Cu)m(V)n(W)k]c...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明星，闻平，汪卫华，柳延辉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11