一种提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法，其特征在于：是在Ce-Ga-Cu系大块非晶合金中添加微量Fe元素，形成Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金，结构式为Ce70-xGa8Cu22Fex，x＝1、2或3。与对应的Ce-Ga-Cu块体非晶合金相比，该系大块非晶合金在保持良好的热稳定性和低的玻璃化转变温度这些优良特性的同时，非晶合金的硬度、断裂强度和塑性变形能力有所提高，当x＝2时，非晶合金棒材不仅具有最高的断裂强度和显微硬度，并且具有约1％的室温压缩塑性，有助于Ce基非晶合金作为功能材料的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法
本专利技术涉及非晶态合金领域，具体地说是涉及一种利用元素替换提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法。
技术介绍
非晶合金是上个世纪60年代开始开发的一种新型金属材料，与普通的晶态合金相比，因其具有更加优异的力学性能、磁学性能、抗腐蚀性能以及生物兼容性，从而受到了材料领域的广泛关注，并被认为具有极其广泛的应用潜力。上个世纪90年代，La-Al-Ni非晶棒材被成功制备以来，稀土基非晶合金因其科研和应用领域的重要性而获得材料领域的广泛关注。2004年，中科院物理研究所汪卫华课题组成功开发了Ce-Al-Cu块体非晶合金，这种Ce基非晶合金低于开水温度的玻璃化转变温度，使其在较低的温度下就很容易进行热塑性变形，被称之为“非晶金属塑料”，这种低玻璃转变温度的块体金属玻璃可以在加工应用中极大的减低加工条件，从而大幅度降低加工成本，有助于其在精密零部件和微纳米加工方面的广泛应用。尽管Ce基非晶合金具有较低的玻璃化转变温度，然而和所有体系的非晶合金一样，Ce基非晶合金在高应变速率或室温下，块体非晶合金在变形过程中没有晶体材料中的位错和滑移等传统的塑性变形机制的存在，块体非晶合金通过高度局域化的剪切进行宏观塑性变形，使得剪切带区域温度急剧升高，最终造成非晶合金灾难性的断裂。块体非晶合金室温下较差的塑性，极大的限制了它的应用，所以探索关于非晶合金室温下塑性变形的机制也就显得尤为重要。在Zr基非晶合金中，科研人员通过合理控制合金成分，获得的非晶合金在室温下具有极其优异的塑性变形能力，而元素替换也被证明是一种提高非晶合金性能的一种方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过元素替换提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法，其特点在于：是在Ce-Ga-Cu系大块非晶合金中添加微量Fe元素，形成Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金，结构式为Ce70-xGa8Cu22Fex，x＝1、2或3，其中x为Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金中Fe元素的原子百分数。本专利技术提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法，其特点也在于：所述Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金所用合金原材料Ce纯度为98.7-98.9wt.％，其余的原材料纯度均不低于99.9wt.％。所述Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金完全非晶态尺寸为6mm。所述Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金的显微硬度为133.3-151.67MPa，应变速率5×10-4s-1、直径2mm、高径比2:1的Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金样品的断裂强度为545.79-580.18MPa，直径2mm、高径比2:1的Ce68Ga8Cu22Fe2非晶合金样品的室温压缩塑性为0.8～1％。上述的Fe微量添加提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法、即Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金的制备方法的具体操作过程如下：1、母合金的制备：按照上述的原子百分比进行配料，然后在高纯Ar气氛保护下，通过电弧炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上。2、吸铸：将步骤1制得的母合金铸锭重新熔化，利用真空吸铸装置，将熔融状态下的母合金吸铸到圆柱形水冷铜模中。上述的Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金采用水冷铜模吸铸法制备，所用设备型号为：WK系列非自耗真空电弧熔炼炉，物科光电，中国(北京)。上述的Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金的非晶结构特性采用X射线衍射法(XRD)检测，所用型号为：X’PertProMPDX射线衍射仪，帕纳科(Panalytical)，荷兰。上述的Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金的热力学性能采用差示扫描量热法(DSC)获得，所用设备型号为：DSC8000，帕金埃尔默(PerkinElmer)，美国。上述的Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金的力学性能采用万能材料试验机获得，所用的设备型号为：MTS809。上述的Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金的显微硬度采用显微硬度计测得，所用设备型号为：MH-3L。本专利技术有益效果体现在：(1)本专利技术通过在Ce-Ga-Cu系大块非晶合金中添加微量Fe元素来提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能，所制备的Ce-Ga-Cu-Fe系非晶合金在较宽的成分范围内均表现出优异的玻璃化形成能力，可以形成临界直径为6mm的块体非晶合金；(2)本专利技术制备的Ce-Ga-Cu-Fe系非晶合金的断裂强度为545.79MPa-580.18MPa，显微硬度Hv为133.3MPa-151.67MPa，较Ce-Ga-Cu非晶合金都有所提高，直径2mm、高径比为2:1的Ce68Ga8Cu22Fe2非晶合金样品的室温压缩塑性为1％；(3)本专利技术制备的Ce-Ga-Cu-Fe系非晶合金具有较宽的过冷液相区和不高于450K的玻璃化转变温度，可以在较低的温度下进行超塑性变形，适合非晶合金低成本下的工业加工。附图说明图1为实施例1-3和对比例制备的合金的XRD图，试验使用Cu靶的Kα射线，功率8kw，扫描速度：4°/min；图2为实施例1-3和对比例制备的合金的DSC曲线，加热速率20K/min；图3为实施例1-3和对比例制备的合金的应力应变曲线，应变速率为5×10-4s-1。具体实施方式实施例1：Ce69Ga8Cu22Fe1大块非晶合金的制备步骤1：用原材料纯度为98.7-98.9wt.％的Ce和纯度不低于99.9wt.％的Ga、Cu和Fe，配制成分为Ce69Ga8Cu22Fe1的合金，然后在高纯Ar气氛保护下，用真空电弧炉熔炼，为了保证母合金铸锭成分的均匀，母合金在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷却后得到母合金铸锭。步骤2：将步骤1制得的母合金铸锭重新熔化，利用真空吸铸装置，将母合金分别吸铸到6mm和8mm的圆柱形水冷铜模中，得到6mm和8mm的Ce69Ga8Cu22Fe1合金棒材。步骤3：用X射线衍射法表征这些合金的结构，结果如图1(x＝1)所示，6mm的Ce69Ga8Cu22Fe1合金的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，这是非晶合金的典型特征，可以断定这些合金为完全的非晶态组织，而8mm的Ce69Ga8Cu22Fe1合金的XRD谱线上看到明显与晶体相相对应的衍射峰存在，可以判定Ce69Ga8Cu22Fe1的非晶合金的临界尺寸是6mm。步骤4：用差示扫描量热法测量6mm样品的热力学参数，加热速率为20K/min。DSC曲线如图2(x＝1)所示，各热力学参数如表1所示。步骤5：用万能材料试验机测量6mm样品的室温压缩力学性能，样品的尺寸为2mm、高径比为2:1、应变速率为5×10-4s-1，应力应变曲线如图3(x＝1)所示。步骤6：用显微硬度计测量6mm样品的显微硬度，加载为200g、驻停时间10s，在不同的位置测量。取平均值，样品硬度值如表1所示。实施例2：Ce68Ga8Cu22Fe2大块非晶合金的制备步骤1：用原材料纯度为98.7-98.9wt.％的Ce和纯度不低于99.9wt.％的Ga、Cu和Fe，配制成分为Ce68Ga8Cu22Fe2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高Ce‑Ga‑Cu系大块非晶合金力学性能的方法，其特征在于：是在Ce‑Ga‑Cu系大块非晶合金中添加微量Fe元素，形成Ce‑Ga‑Cu‑Fe系大块非晶合金，结构式为Ce70‑xGa8Cu22Fex，x＝1、2或3，其中x为Ce‑Ga‑Cu‑Fe系大块非晶合金中Fe元素的原子百分数。

【技术特征摘要】
1.一种提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性能的方法，其特征在于：是在Ce-Ga-Cu系大块非晶合金中添加微量Fe元素，形成Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金，结构式为Ce70-xGa8Cu22Fex，x＝1、2或3，其中x为Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金中Fe元素的原子百分数；所述Ce-Ga-Cu-Fe系大块非晶合金所用合金原材料Ce纯度为98.7-98.9wt.％，其余的原材料纯度均不低于99.9wt.％。2.根据权利要求1所述的提高Ce-Ga-Cu系大块非晶合金力学性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，朱振西，吴林，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34