一种铽基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铽基非晶合金，是以铽为主要成分，其组成为Ｔｂ↓［ａ］Ｃｏ↓［ｂ］Ａｌ↓［ｃ］，其中５０≤ａ≤７０，２０≤ｂ≤２５，１０≤ｃ≤２５，且ａ＋ｂ＋ｃ＝１００；或Ｔｂ↓［ｄ］Ｃｏ↓［ｅ］Ａｌ↓［ｆ］Ｙ↓［ｇ］Ｍ↓［ｈ］，其中３０≤ｄ≤４０，２０≤ｅ≤２５，２０≤ｆ≤２５，１５≤ｇ≤２０，０≤ｈ≤５，且ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＝１００；所述的Ｍ为过渡族金属元素Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｃｅ或Ｎｄ。该铽基大块非晶合金的尺寸在各个维度不小于１毫米，临界直径尺寸不小于３ｍｍ，其具有高玻璃形成能力，晶化温度在６５０～７００Ｋ，玻璃转变温度在６００～６５０Ｋ，过冷液相区的宽度在２５～７５Ｋ；并具有良好的磁性能和磁致伸缩性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金，具体地说是涉及一种以重稀土元素铽为主要成分的铽基非晶合金，及其制备方法。
技术介绍
通常，金属或合金从液态冷却下来时都会结晶形成晶体。现已发现某些金属或合金在冷却速率足够快，例如达到每秒钟104～106K的数量级时，在固化时会保持液态时的极端粘滞的状态，从而抑制晶化，得到非晶相的金属或合金。但是，为了获得如此高的冷却速率，只能将熔化的金属或合金喷到导热非常好的传导基底上，这样获得的非晶金属或合金的尺寸非常小。例如，将熔态合金喷射到高速旋转的铜辊上，得到薄带，或浇铸到冷基底中得到薄片和粉末等。每次形成的非晶合金被重新加热到玻璃化转变温度(Tg)以上时，非晶合金在晶化前存在一个不发生晶化的温度区，称为过冷液相区(SLR)。一般来说，过冷液相区越宽，非晶的超塑性加工能力越强。对于具有良好的形成能力的非晶合金，人们期望晶化曲线向右，即向更长的时间移动。非晶合金抵抗晶化的能力与合金从熔态冷却下来形成非晶所要求的冷却速率有关，这是在玻璃转变温度以上对非晶合金进行加工期间无序相稳定的标志。我们期望抑制结晶的冷却速率足够低，获得更大尺寸的块体非晶并使得在晶化发生前可获得更长的加工处理时间，即这样的大块非晶合金可以在不发生晶化的情况下，充分加热到玻璃转变温度以上进行加工，使其适合于工业用途。近十年来块状非晶合金在制备及性能研究方面取得突破性进展。目前已能在较低的冷却速率下，通过普通工艺方法如金属模铸造、水淬、遏制非均匀形核、定向凝固、粉末冶金、喷铸成形、压实成型等制备多种合金体系的块状非晶合金。块状非晶合金由于其优异的力学性能、良好的加工性能、优良的化学活性和磁学性能，在民用及军事领域显示出广阔的应用前景。目前，人们不断在寻找高玻璃形成能力的新体系非晶合金，但有关稀土基非晶合金的制备和性能研究还不多，特别是重稀土非晶合金。而稀土作为重要的战略资源，由于其独特的光、电和磁性能，在医学、农业、冶金、化工、石油、环保及新材料等领域有广泛的应用。因此，发展稀土基块状非晶合金具有广阔的潜在应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高玻璃形成能力、抑制结晶能力强、可以在很低的冷却速率下制得更大尺寸的、以稀土元素铽为金属基的铽基非晶合金。本专利技术的另一目的在于提供一种所述铽基非晶合金的制备方法。本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的本专利技术提供一种铽基非晶合金，是以铽为主要成分，其组成可用如下公式表示TbaCobAlc其中50≤a≤70，20≤b≤25，10≤c≤25，且a+b+c＝100。所述的铽基大块非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相，尺寸在各个维度不小于1毫米。本专利技术提供另一种铽基非晶合金，是以铽为主要成分，其组成可用如下公式表示TbdCoeAlfYgMh其中30≤d≤40，20≤e≤25，20≤f≤25，15≤g≤20，0≤h≤5，且d+e+f+g+h＝100；所述的M为过渡族金属元素Sc，Nb，Ti，Cr，Mn，Fe，La，Pr，Ce或Nd。所述的铽基大块非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相，尺寸在各个维度不小于1毫米。本专利技术提供一种上述铽基非晶合金的制备方法，包括如下步骤1)在钛吸附的氩气氛的电弧炉中，按通式TbaCobAlc或TbdCoeAlfYgMh所需要的原子配比将上述组分中的Tb、Co和Al，或Tb、Co、Al、Y和过渡族金属元素M混合均匀，熔炼，冷却后得到母合金铸锭；2)使用常规的金属型铸造法，将步骤1)制得的母合金铸锭重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将母合金的熔体吸入水冷铜模，得到铽基大块非晶合金TbaCobAlc或TbdCoeAlfYgMh。所述的Tb、Co、Al、Y和过渡族金属元素M的纯度不低于99.5％(重量百分比)。本专利技术提供的上述铽基大块非晶合金具有高玻璃形成能力，其晶化温度在650～700K左右，玻璃转变温度在600～650K左右，过冷液相区的宽度在25～75K之间。本专利技术提供的铽基大块非晶合金与现有的非晶合金相比，其优越之处在于1、该铽基大块非晶合金的临界冷却速率低，冷却速率(Rc)可以达到102K/s的数量级，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1毫米，临界直径尺寸不小于3mm；2、成本低。我国稀土资源丰富，稀土铽制备简单，所以是一种很适合于我国资源特点的大块非晶体系。3、该铽基大块非晶合金有良好的磁性能和磁致伸缩性能，作为功能材料，具有潜在的应用价值。附图说明图1为实施例1制备的Tb56Co20Al24和实施例5制备的Tb36Y20Co20Al24的形貌图；图2为实施例1制备的Tb56Co20Al24和实施例5制备的Tb36Y20Co20Al24的X射线衍射分析谱；图3为实施例1制备的Tb56Co20Al24和实施例5制备的Tb36Y20Co20Al24的DSC曲线图。具体实施例方式实施例1、Tb56Co20Al24大块非晶合金的制备使用纯度为99.9％以上的摩尔量比为56∶20∶24的Tb、Co及Al制备铽基大块非晶合金，首先将三种组分按比例配好后在钛吸附的氩气氛的电弧炉中熔炼，混合均匀，冷却后得到Tb-Co-Al三元合金的母合金铸锭；然后使用常规的金属型铸造方法，将此铸锭重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将母合金熔体吸入水冷铜模，得到成分为Tb56Co20Al24的块体非晶合金，其形貌如图1所示，直径为3mm。如图2所示的X射线衍射(XRD)证明该合金是接近完全的非晶态的。如图3所示的热分析(DSC)图，其玻璃化转变温度(Tg)，晶化开始温度(Tx)，过冷区间的宽度(ΔT＝Tx-Tg)分别为609K，669K和60K。此外，该合金还具有较高的约化玻璃温度(Trg)和玻璃化指数(γ)，Trg和γ值通常可以用来判断非晶合金的玻璃形成能力，因此可知Tb56Co20Al24非晶合金具有较大的玻璃形成能力。实施例2～13按实施例1的方法制备各种配比的铽基大块非晶合金，其组成和热物性参数列于表1。表1、铽基大块非晶合金的组成和热物性参数 注1)表中各成分样品测量时所用的加热速率为10K/min。本专利技术提供的铽基大块非晶合金所要求的铽为工业用的原材料，其纯度为99.5％，相比之下，其成本比其它贵金属基的要低。而且我国是稀土大国，含铽的矿产资源很丰富，所以发展铽基大块非晶合金非常适合于我国资源特点。由于铽元素具有特殊的电子结构，其化合物具有磁致伸缩等磁性能，被广泛用于制备功能材料，而铽基非晶合金结构不同于晶体结构，因此具有潜在的应用前景。权利要求1.一种铽基非晶合金，是以铽为主要成分，其组成用如下公式表示TbaCobAlc其中50≤a≤70，20≤b≤25，10≤c≤25，且a+b+c＝100。2.一种铽基非晶合金，是以铽为主要成分，其组成用如下公式表示TbdCoeAlfYgMh其中30≤d≤40，20≤e≤25，20≤f≤25，15≤g≤20，0≤h≤5，且d+e+f+g+h＝100；所述的M为过渡族金属元素Sc，Nb，Ti，Cr，Mn，Fe，La，Pr，Ce或Nd。3.一种权利要求1或2所述的铽基非晶合金的制备方法，包括如下步骤1)在钛吸附的氩气氛的电弧炉中，按通式TbaCobAlc或TbdCoeAlfYgMh本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铽基非晶合金，是以铽为主要成分，其组成用如下公式表示：Ｔｂ↓［ａ］Ｃｏ↓［ｂ］Ａｌ↓［ｃ］其中５０≤ａ≤７０，２０≤ｂ≤２５，１０≤ｃ≤２５，且ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永田，赵德乾，潘明祥，汪卫华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]