一种Ce-La基大块非晶合金制造技术

本发明专利技术涉及一种Ｃｅ－Ｌａ基大块非晶合金，该合金是以铈、镧两种稀土元素为主要成分，且包含至少５０％体积百分比的非晶相。其组成可用如下公式表示：（Ｃｅ↓［１－ｘ］Ｌａ↓［ｘ］）↓［ａ］Ｎｉ↓［ｂ］Ａｌ↓［ｃ］，其中０．１≤ｘ≤０．９，５０≤ａ≤７５，１５≤ｂ≤２０，５≤ｃ≤３５，且ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。该非晶合金是以工业用的铈，镧原材料为基，纯度要求不高，因此成本相对于贵金属基大块非晶合金更为低廉。同时其临界冷却速率低，易于形成大尺寸的非晶合金。该大块非晶合金还具有较高的断裂强度和超低的弹性模量，是一种类似于聚合物的“软”非晶合金，在微机械，精密仪器和微纳米压印材料等领域具有潜在的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大块非晶合金，具体地说，是一种具有低熔点、高非晶形成能力、 高强度、低模量的Ce-La基大块非晶合金，属于非晶合金

技术介绍
固体材料一般分为晶体、准晶体和非晶体三类，理想晶体中原子排列是十分规则 的，主要表现是原子排列具有周期性，或者称为长程有序性;准晶体介于晶体和非晶 体之间，具有长程的取向序而没有长程的平移对称序(周期性);非晶体则是长程无序而 短程有序的(一般认为在10^m范围内有序)，是一类很重要的无序固体，具有热力学 亚稳态结构。这种结构特点导致非晶态材料具有一般晶态材料所不具备的很多卓越的 力、热、光、电、磁等物理性质和其它很多独特的化学性质。因此，非晶态物质的研 究己经成为材料和物理领域中的一个重要课题。近年来，随着各种科学技术的发展，人们对非晶合金的形成理论、物理、化学、 力学以及工程应用进行了深入的研究和探讨，从而发现了多种非晶合金体系，比如 Zr基，Fe基，Ti基，Cu基，Mg基，Ce基，Ni基，La基等，由于非晶态合金具有 高强度、高韧性、高软磁性以及优良的耐腐蚀性能，因此非晶合金作为一种新型材料 引起了越来越多的关注，而且部分己经应用于实际生活中。Ce-La基非晶材料是指以Ce、 La两种稀土元素共存为基体的非晶合金材料。我 国的稀土资源极其丰富，其储量占世界第一。所以这是一种很适合于我国资源特点的 大块非晶体系。此外，由于Ce-La基合金的熔点一般较低，而且在低氧化气氛下，其 材料表面能够生成不易破坏的氧化物薄膜，从而阻碍氧化的进一步进行，因此在其工 业制备过程中，所需要的仪器设备相对简单，各个制备工艺条件不会非常苛刻。
技术实现思路
本专利技术克服了大多数块体非晶主要是以贵重金属为基，成本较高，形成能力低等 缺点。首先从铈镍深共晶成分出发寻找具有高形成能力的铈基大块非晶合金，再通过 结构相似原子La替代Ce，从而形成了一系列具有低熔点、高非晶形成能力、低模量、 高强度的Ce-La基非晶合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下一种Ce-La基大块非晶合金，其特征在于，是以铈、镧两种稀土元素为主要成分，组成可以用如下公式表示(Ce!-xLax)aNibAlc 其中，0.l￡x^0.9， 50SaS75， 15SbS20， 5Sc$35，且a+b+c400。上述Ce-La基大块非晶合金，其特征在于，在寻找成分的时候首先从Ce和Ni 二元相图的深共晶点(Ce和Ni的原子百分比为78: 22)出发，在此基础上改变Al的 含量，并用La部分替代相似原子Ce。组成可以用如下公式表示dAlc 其中0.1^x^0.9， 65SdS95， 5ScS35， c+d=100。 所述的非晶合金的组成元素Ce、 La、 Ni和Al的原料纯度为99.5 99.999% (重 量百分比)。所述的Ce-La基大块非晶合金包含至少50%体积百分比非晶相。 上述Ce-La基非晶合金是通过本领域普通人员公知的方法制备的，具体包括如下 步骤1) 称取元素按通式(Ce^La》aNibAle将本专利技术所述非晶合金各元素的原子用量转换 成质量称取。各元素表面用锉将氧化物打磨掉并使其表面规则平整。称量时精确至lj士0.002g;然后将原料放入丙酮防止氧化，并在超声清洗仪中清洗3分钟；2) 母合金的制备将称取的上述组分中的Ce、 La、 Ni和Al各元素按熔点高低从上 到下依次放置在电弧炉的坩埚中。抽真空至2X10—3以下，充入氩气保护气体。 并用电弧将原料混合熔炼，为了保证母合金的均匀性，每个铸锭至少反复熔炼5 次，冷却后得到母合金铸锭；3) 吸铸将步骤2)制得的母合金铸锭在电弧炉中重新熔化，同样氩气气氛保护。 待母合金熔融成均匀的液体后，利用电弧炉中的吸铸装置，迅速将母合金的熔体 吸铸进不同内径的铜模中形成棒状样品。将上述方法制备的大块非晶合金用金刚石切片机截取中间部分一小段，并用水磨 砂纸磨平整用于X射线相结构测试。可以发现，按本专利技术提供的制备方法和成分可 以制备出大于直径3mm的大块非晶，部分成分可以获得直径大于5mm的非晶合金棒材。用差示扫描量热仪(DSC)进行热分析测试时取样品中心部位10-20mg，加热速率 为0.333K/S。本专利技术中的合金具有410K-470K的玻璃转变温度，480K-540K的晶化温度，部分区域达到90K以上的超宽过冷液相区。取规格为长径比为2:1的2mm非晶棒材，进行准静态压縮实验，测试时的应变速 率时lxlO—3/S。结果显示该Ce-La基非晶合金系不仅具有较高的断裂强度 650MPa-900MPa ，而且具有较低的弹性模量，其杨氏模量(E)甚至低至20GPa，在已 经发现的大块非晶合金中是最小的，和非晶碳的模量值差不多，并且接近于一些非晶 聚合物的模量值。本专利技术提供的Ce-La基大块非晶合金与现有的非晶合金相比，其优异之处在于1、 形成能力强。该Ce-La基大块非晶合金的临界冷却速率低，抑制结晶能力强， 易于形成大尺寸的非晶合金，其尺寸在各个维度不小于3mm，部分成分还可以获得 直径大于5mm的非晶合金棒材。2、 成本低。本专利技术所要求的铈，镧均为工业用的原材料，纯度为99.5%，成本 相比于贵金属基大块非晶更低。而且我国稀土资源丰富，所以这是一种很适合于我国 资源特点的大块非晶体系。3、 性能优异。本专利技术提供的铈镧基非晶合金具有很低的玻璃转变温度和宽的过 冷液相区，在过冷液相区中可以像热塑性塑料那样进行变形、成形与印记加工。压缩 实验还表现出了较高的断裂强度和超低的弹性模量，其杨氏模量在已经发现的大块非 晶合金中是最小的，因此，本专利技术提供的Ce-La基大块非晶合金是一种弹性性能类似 于聚合物的"软"非晶合金，在微机械，精密仪器和微纳米压印材料等领域具有潜在 的工业应用前景。附图说明图1是实施例1的75Al25大块非晶合金5mm铸态圆棒的XRD图。图2是实施例1的75Al25大块非晶合金的DSC曲线，加热速率为 0.333K/S。图3是实施例2 8oAl20的DSC曲线和XRD图，其中DSC加热速 率为0.333K/S， XRD为5mm铸态圆棒的。图4是实施例1的75Al25大块非晶合金的应力应变曲线。图5是实施例2的8oAl2o的大块非晶合金的应力应变曲线。图6是实施例3的(Ceo.5Lao.5)6oNi!5Al25的DSC曲线和XRD图，其中DSC加热速率 为0.333K/S， XRD为5mm铸态圆棒的。具体实施例方式结合以下具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明。实施例1 75Al25系列大块非晶合金根据本专利技术提供的制备和测试方法对75Al25系统的非晶形成能 力，力学性能进行了研究。其中0.1^cS0.9。首先根据化学成分配比进行配料，在配料的过程中，根据各元素的原子用量转换 成质量称取这是本领域的一个公知常识。称取时精确到i0.002g。然后将原料放入丙 酮并在超声清洗仪中清洗3分钟。接着Ce、 La、 Ni和Al各元素按熔点高低从上到 下依次放置在电弧炉的坩埚中。抽真空至2X10^以下，充入氩气保护气体。并用电 弧将原料混合熔炼，为了保证母合金的均匀性，每个铸锭至少反复熔炼5次，冷却后 得到母合金铸锭；将母合金放入电弧炉的铜模上，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｃｅ－Ｌａ基大块非晶合金，其特征在于该大块非晶合金的化学组成如下：　　　　（Ｃｅ↓［１－ｘ］Ｌａ↓［ｘ］）↓［ａ］Ｎｉ↓［ｂ］Ａｌ↓［ｃ］，其中０．１≤ｘ≤０．９，５０≤ａ≤７５，１５≤ｂ≤２０，５≤ｃ≤３５，ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆，晁琦，贾元波，宋华锋，董远达，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]