一种制备Ｍｇ基大块非晶合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备Ｍｇ基大块非晶合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：Ａ．制备Ｍｇ↓［６５］ＴＭ↓［３５－ｘ］Ｙ↓［ｘ］母合金，其中ＴＭ为Ｃｕ或Ｚｎ，５≤ｘ≤１５；Ｂ．将母合金切割为块状，真空密封在石英玻璃管内；Ｃ．熔融石英玻璃管中的母合金，再快速冷却即得Ｍｇ基大块非晶合金。本发明专利技术方法可用于制备Ｍｇ基大块非晶合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。技术背景近年来，对于大块非晶态材料(有效厚度或直径等尺寸大于lmm的块体)的研 究已成为材料领域的焦点。相比于二维以下的薄带、细丝、粉末等非晶态合金，有效 尺寸在lmm以上的大块非晶态材料具有更广的实用范围，可用来制造电子器件、磁 性器件、精密光学器件、精密机械结构件、电池材料、体育用品、生物医学植入物以 及军工先进武器构件等。在众多形成大块非晶态合金的体系中，以镁、铝为代表的高比强度轻金属合金引 起了人们的重视，其中对镁基合金体系的研究颇为深入。这是因为如果把镁合金制备 成非晶态合金，其强度可达到原来的2 3倍，比强度还会成倍提高，这不仅降低了材 料的设计重量和厚度，镁合金原本很难解决的耐蚀性问题也得到了根本改善。自上世 纪九十年代以来，镁基大块非晶态合金的制备与研究取得了很大进展，2001年井上明 久(Inoue)等用水淬法制备出(D12mm的Mg650n5Yu)Ag5Pd5试样，是目前获得的最 大尺寸的镁基大块非晶态合金试样。迄今为止，己发现的二元镁基非晶态合金体系有Mg-Zn、 Mg-Cu、 Mg-Ni、 Mg-Re 和Mg-Ca等5种。三元镁基非晶态合金体系有Mg-Ca-Al、 Mg-Ca-Li、 Mg-Ca-M、 Mg-Ca-Si、 Mg-Ca-Ge、 Mg-Ni-Si、 Mg-Ni-Ge、 Mg-Cu-Si、 Mg-Cu-Ge、 Mg-Zn-Si、 Mg-Zn-Ge、 Mg-Sr-M、 Mg-Al-Re、 Mg-Al國Zn、 Mg-Ni-Re、 Mg-Cu-Re、 Mg-Zn-Re等 17种。现有的制备大块非晶合金的方法主要包括金属模直接铸造法、射流成型法、高 压压铸法、挤压铸造法、雾化粉末模压法等。以上几种制备镁基大块非晶态合金的方 法依次由简单到复杂。金属模直接铸造法工艺简单，也易于操作，但由于金属模冷却 速度有限，所能得到的大块非晶态合金的尺寸也有限。射流成型法利用铜模优良的导 热性能和高压水流强烈的散热效果，以及吸取吸铸、压铸的特点，可设计用于制备不 同厚度的非晶薄板和不同直径的非晶圆棒的设备。由于铸件与模具之间的热膨胀系数不一样，又没有较大的压力去使很小的缝隙弥合，影响了铸件和模具之间的传热，但工艺简单，此种方法制备的镁基大块非晶态合金最多。高压压铸法具有以下特点(1) 熔体在很短的时间内完全充入铜模中，这将会产生更高的冷却速度；(2)高压将导致 熔体与铜模更紧密的接触，因而导热因子增加，从而提高冷却速度；(3)凝固收縮引起的疏松等缺陷将减少；(4)可以由液体直接成形复杂的铸件。高压压铸法由于在凝固的同时施以高压，可以保证非晶铸件在凝固时与模具的紧密良好接触，减小他们之 间的接触热阻，提高传热效率，增加冷却速度。挤压铸造法传热效率高、压力大，能 近终成形，可减少铸件气孔和收縮等铸造缺陷，是一种极具潜力的大块非晶态合金制备方法。雾化粉末模压法的设备和工艺最复杂，要求也最高；从雾化制粉到粉末的收 集、筛分、预压和罐装等操作都要在严格控制氧气和粉尘含量的庞大真空手套箱内操 作；由于雾化法的冷却速度高，可以制备的合金体系最多，几乎包括了所有的非晶态 合金体系；但是，由于雾化法最终还需通过粉末压实技术才能制备出大块非晶态合金， 即使采用高温热挤压法，粉末相互间的界面也很难彻底消除，这就影响了大块非晶态 合金的整体性能。与以上制备方法相配套的还有一些非均匀形核抑制技术，主要有(O氧化物 包覆提纯隔离首先在高纯氩气中熔化预制高纯合金铸锭，然后以低熔点氧化物B203 包覆铸锭装入熔炼容器，再次加热熔化，随后快淬。其中B203既是吸附剂，吸附熔 体内的杂质颗粒，又是包覆剂，隔离合金熔体，避免其与冷却模壁直接接触而诱发非 均匀形核。(2)落管技术将合金熔体通过充有惰性气体氩或氦的落管进行冷却，从 而消除坩埚壁诱发的非均匀形核，冷速的控制通过落管内的气压调节来实现。(3)磁 悬浮熔炼 一方面，试样中的感生电动势与外磁场间的斥力与重力抵消，而使试样悬 浮；另一方面，试样中的感生涡流又使其加热熔化。随后再充入惰性气体使其冷却， 发生玻璃化转变，但是冷却时维持悬浮所必须的感生涡流降低了实际冷却速度。(4) 静电悬浮熔炼带电的试样在正负极板间的电场中产生向上的斥力，而与重力抵消。 同时用激光加热试样并熔化，随后吹入惰性气体冷却。该方法的优点在于加热和悬浮 系统相独立，因而比磁悬浮具有更高的冷却速度。此外，随着近年来对大块非晶态合金制备方法研究的深入，发展了一些新型的 制备技术，例如通过粉末冶金制备大块非晶态合金的放电等离子烧结技术、自蔓延反 应合成技术以及原子挤压技术等。
技术实现思路
本专利技术根据现有技术中的不足，提供。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现 ，其特征在于，包括如下步骤A、 制备Mg6sTM35-xYx母合金，其中TM为Cu或Zn， 53^5;B、 将母合金切割为块状，真空密封在石英玻璃管内；C、 熔融石英玻璃管中的母合金，再快速冷却即得Mg基大块非晶合金。其中步骤A中，按所需原料配比，先真空熔炼TM和Y获得TM-Y合金，再 将TM-Y合金与Mg在真空条件下一同熔炼浇注，获得原料母合金，其中TM为Cu 或Zn。其中步骤B中，使用线切割机将母合金切割为8~10mmX3~5mmX2~4mm的 块状，并利用抛光机打磨掉块体表面的氧化层。其中步骤B中，石英玻璃管真空度为10—s l(^Pa。 其中步骤C中，使用音频感应加热设备熔融母合金。其中步骤C中，音频感应加热设备采用600 900A的输出振荡电流，熔融时间 为20~60s。其中步骤C中，冷却介质分别采用液氮或水。其中步骤C中，在5秒一15秒内将母合金熔液从熔融状态冷却到2(TC以下 其中，在5秒一15秒内将母合金熔液从熔融状态冷却到-2(TC以下。母合金的熔融状态的温度一般为50(TC以上，采用水冷却，可将母合金快速冷却到0'C 20'C，采用液氮可将母合金快速冷却到-2(TC以下。上述的步骤A中，所选择的Mg基母合金的成分都在相应二元相图的深共晶成分范围内，具有较高的非晶形成能力，其中，Mg65CU25Yu)具有最大的非晶形成能力。采用先熔炼TM-Y合金，再将TM-Y合金与Mg—同熔炼得到母合金，是因为Mg的 沸点较低，如果三种原料共同熔炼，会造成Mg元素烧损，无法获得所需配比的母合 金。上述的步骤B中，将母合金切割成小块是为了增大母合金的表面积，由于音频感 应加热具有明显的集肤效应，表面积越大，感应加热的效果越理想。石英玻璃管的设 计形状应该尽可能呈中心对称，以球体和圆柱体为最佳，放置原料的部分由圆柱和圆 台构成，石英玻璃管固定在支架上，悬空置于感应线圈内，这是因为感应加热的效果 是关于到感应线圈中轴线距离的函数，球形和圆柱形的石英玻璃管利于距中轴线距离相同的母合金的熔融效果达到一致，从而有助于获得非晶化。真空度越高，石英玻璃 管中的空气越少，母合金熔融过程中的氧化就越低，越有利于形成非晶。上述的步骤C中，利用音频感应加热设备在不同的输出振荡电流下熔融密封在石 英玻璃管中的母合金，由于采用的输出振荡电流和加热时间不同，使得熔融状态有所 差异，从而影响非晶形成效果。输出振荡电流不宜过高，相对应的加热时间应该尽量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Ｍｇ基大块非晶合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：Ａ、制备Ｍｇ↓［６５］ＴＭ↓［３５－ｘ］Ｙ↓［ｘ］母合金，其中ＴＭ为Ｃｕ或Ｚｎ；５≤ｘ≤１５；Ｂ、将母合金切割为块状，真空密封在石英玻璃管内；Ｃ、熔融石英玻璃管中的母合金，再快速冷却即得Ｍｇ基大块非晶合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严彪，关乐丁，杨沙，唐人剑，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]