本发明专利技术公开了一种大尺寸块体非晶合金的制备方法，其步骤为：将通过甩带法制备的非晶薄带、通过雾化或球磨法制备的非晶粉末、或通过熔铸法制备的非晶小块体，放入模具内，按照10~30℃/min的加热速度将其加热到过冷液相区的某一温度Tn(Tg＜Tn＜Tx，其中Tg为玻璃转变温度，Tx为开始晶化温度）后保温0.5min~60min，并同时对其施加2~200MPa的压力，然后冷却脱模，得到大尺寸的块体非晶合金。本发明专利技术所述制备工艺简单，突破了熔铸法制备块体非晶合金的尺寸限制，可以获得更大尺寸的块体非晶合金。
Preparation method of bulk amorphous alloy with large size
The invention discloses a preparation method of large-sized bulk amorphous alloy. The steps are as follows: the amorphous ribbon prepared by throwing ribbon method, the amorphous powder prepared by atomization or ball milling method, or the amorphous small block prepared by melting and casting method, which is put into the mould and heated to the supercooled liquid phase according to the heating speed of 10-30 C/min. The bulk amorphous alloys were obtained at a temperature of Tn (Tg < Tn < Tx, where Tg is the glass transition temperature and Tx is the initial crystallization temperature) and then kept for 0.5 min ~ 60 min. At the same time, the pressure of 2 ~ 200 MPa was applied to the alloys, and then cooled and demoulded. The preparation process of the invention is simple, breaks through the size limitation of the bulk amorphous alloy prepared by melting and casting method, and can obtain a larger size of the bulk amorphous alloy.
【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸块体非晶合金的制备方法
本专利技术涉及大尺寸块体非晶合金的制备方法，属于块体非晶合金制备领域。
技术介绍
非晶合金(amorphousalloy)是由金属液体在凝固的过程中避免结晶而产生的一类新型金属材料。其内部的原子并不像晶体中的那样呈现周期性的、长程有序的规则排列，而是在某种程度上呈现一种短程的(SRO)或者中程的(MRO)有序排列。非晶合金的这种长程无序结构、在一定温度范围内具有软化的特性以及不存在像晶体中的位错、晶界、层错等结构缺陷，使得其具有一系列优于晶态材料的性能，如超高的强度、硬度，更大的弹性极限，优异的加工成型性能（由于具有过冷液相区），优异的磁性能，更耐腐蚀以及更好的摩擦学性能等。从1960年Duwez采用快速急冷法制备出Au-Si非晶合金以来，人们已经发展了多种制备非晶的技术。这些技术多是通过获得高的冷却速度，抑制晶态相的形成来得到非晶的。如采用熔体快淬的方式制备非晶合金其冷速最高能达到105~107k/s，而采用皮秒激光淬火法制备非晶时最高冷速能达到1012k/s。然而，如此高的冷却速度的获得需要制备出的样品至少在一个方向上能够充分地散热，因此早期制备的非晶多为条带状、细丝、薄膜或者粉末状。Jones等人估测出在大于104k/s和108k/s的冷却条件下，形成的非晶条带最大厚度分别不会超过1mm和10um。从19世纪90年代开始，来自日本东北大学的井上明久和美国加州理工的Johnson等人改变了过去从改善工艺条件来获得非晶形成能力强的非晶合金体系的思路，而从合金成分设计的角度出发，通过多合金化、微合金化来增加合金体系的复杂程度以及熔体的粘度，进而获得大尺寸的块体非晶合金，但是要想通过成分设计的思路来获得大尺寸的块体非晶合金，需要大量的试错实验，井上的许多成果就是建立在这个基础上，这无疑是费时费力的。此外，对于特定成分组成而言，总会出现一个最大尺寸，在这一尺寸下的块体样品都可以是全非晶合金，超过这一尺寸出现晶体相，采用铜模铸造、水淬法等熔体凝固方法制备的块体非晶合金不能超过这一最大尺寸。同时，通过铜模铸造法制备典型的合金体系的块体非晶合金的最小冷却速度一般也接近103k/s，使得得到的块体非晶合金的尺寸不能满足工程需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备大尺寸块体非晶合金的方法。本专利技术目的的技术解决方案是：一种大尺寸块体非晶合金的制备方法，将通过甩带法制备的非晶薄带、通过雾化或球磨法制备的非晶粉末或通过熔铸法制备的小尺寸块体非晶合金，放置于模具内，以10~30℃/min的加热速度加热到过冷液相区间的某一温度Tn下(Tg＜Tn＜Tx，其中Tg为玻璃转变温度，Tx为开始晶化温度），保温0.5min~60min，在2~200MPa的压力下进行热塑性压缩，然后缓慢冷却，即可得到大尺寸块体非晶合金。所述步骤中，非晶薄带、非晶粉末和小尺寸块体非晶合金体系为锆基、钛基、铜基、镍基、铁基、铝基、钴基、镁基或金基非晶任意一种。所述步骤中，模具采用钢模具或者铜模具。与传统熔铸法制备块体非晶合金的技术相比，本专利技术取得的有益效果是：（1）本专利技术所述的制备方法制备出的块体非晶合金能够保持原非晶薄带、非晶粉末或小尺寸块体非晶合金所具有的宽过冷液相区的特性,有利于热塑成形制备微小精密零件；（2）本专利技术所述的制备方法工艺简单，制备块体非晶时所需的冷却速度也较低，突破了传统方法制备出的块体非晶合金的尺寸限制及对冷却条件的要求，也避免了在成分上进行大量的试错实验制备大尺寸块体非晶合金的繁琐，有利于工业化生产，促进了块体非晶合金的工程应用。附图说明图1为本专利技术实施例1所述的制备大尺寸块体非晶合金所使用的非晶薄带的XRD图。图2为本专利技术实施例1所述的制备大尺寸块体非晶合金所使用的非晶薄带的DSC图。图3为本专利技术实施例1所述的制备得到的大尺寸块体非晶合金的XRD图。图4为本专利技术实施例1所述的制备得到的大尺寸块体非晶合金的DSC图。图5为本专利技术实施例2所述的制备大尺寸块体非晶合金所使用的块体非晶合金的XRD图。图6为本专利技术实施例2所述的制备大尺寸块体非晶合金所使用的块体非晶合金的DSC图。图7为本专利技术实施例2所述的制备得到的大尺寸块体非晶合金的XRD图。图8为本专利技术实施例2所述的制备得到的大尺寸块体非晶合金的DSC图。图9为本专利技术实施例2所述的制备得到的大尺寸块体非晶合金的连接界面的SEM图。图10为本专利技术实施例3所述的制备大尺寸块体非晶合金所需非晶粉末的XRD图。图11为本专利技术实施例3所述的非晶粉末和制备得到的大尺寸块体非晶合金的DSC图。图12为本专利技术实施例3所述的制备得到的大尺寸块体非晶合金的XRD图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的内容作进一步说明。本专利技术中提供的非晶薄带、非晶粉末及小尺寸块体非晶合金以及制备得到的大尺寸的块体非晶合金的热物性参数可以通过DSC、XRD等获得。在本专利技术的实施例中采用NETZSCHSTA449CJupiter来测量非晶的玻璃转化温度及晶化温度，测试时的升温速率为20K/min，测试是在纯度99.99%的氩气保护下进行，送氩气的流量为26ml/min。在本专利技术的实施例中采用BrukerD8X射线衍射仪进行非晶结构的确认，测试时采用Cu靶Kα，功率1.6Kw。由小尺寸块体非晶合金制备得到的大尺寸块体非晶合金的连接界面的观察采用FEIQuanta250F场发射环境扫描电镜。实施例1.大尺寸Zr65Al10Ni10Cu15块体非晶合金的制备通过传统熔铸法制备的Zr65Al10Ni10Cu15块体非晶合金的最大尺寸（临界尺寸）一般在10mm左右，而本专利技术制备出的块体非晶合金的尺寸明显高于此，本专利技术制备大尺寸Zr65Al10Ni10Cu15块体非晶合金的步骤如下：（1）非晶薄带的制备：将高纯的Zr、Al、Ni、Cu块体金属按照原子百分比转化成质量百分比进行配料，超声波清洗后放入高真空电弧熔炼炉熔炼。将熔炼好的母合金锭敲碎成小块，打磨清洗之后，称取一定质量放入一定规格的石英管中，然后将石英管放入铜辊旋淬真空炉室中，调节好石英管和感应线圈的位置之后，开始依次抽低真空和高真空，待真空度达到3.5╳10-3Pa时，向真空炉室内充入99.999%的高纯氩气至气压达到0.05MPa，而后开始进行甩带。甩带时铜辊的转速为1900rpm，石英管管口距离辊面距离为2~3mm。先在低感应电流下进行预热，然后快速加热至高电流，待熔体完全熔化之后，降低感应电流并保温一段时间，待熔体流动平稳时，开始甩带，对得到的条带样品进行XRD测试，结果如图1所示，证实其确为全非晶，对得到的条带样品进行DSC测试，结果如图2所示，测得其Tg=375℃，Tx=466℃，ΔT=91℃；（2）制备大尺寸Zr65Al10Ni10Cu15块体非晶合金：将制备好的非晶薄带称量清洗吹干之后放入到准备好的模具中，然后将模具放入到高真空烧结炉里，对非晶薄带施加200MPa的压力，并开始抽真空。待真空度达到10-3Pa量级时，开始加热，先以30℃/min加热到370℃左右保温30分钟，使模具和非晶薄带温度均匀，然后以20℃/min速率加热到450℃左右保温40分钟，使非晶合金充分的粘滞流动，冷却脱模后，即制备出大尺寸块体合金样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.大尺寸块体非晶合金的制备方法，其特征在于，将通过甩带法制备的非晶薄带放置于模具内，以10~30℃/min的加热速度加热到过冷液相区间的某一温度下，保温0.5min~60min，在2~200MPa的压力下进行热塑性压缩，然后缓慢冷却，即可得到所述的大尺寸块体非晶合金。
【技术特征摘要】
1.大尺寸块体非晶合金的制备方法，其特征在于，将通过甩带法制备的非晶薄带放置于模具内，以10~30℃/min的加热速度加热到过冷液相区间的某一温度下，保温0.5min~60min，在2~200MPa的压力下进行热塑性压缩，然后缓慢冷却，即可得到所述的大尺寸块体非晶合金。2.大尺寸块体非晶合金的制备方法，其特征在于，将通过雾化或球磨法制备的非晶粉末放置于模具内，以10~30℃/min的加热速度加热到过冷液相区间的某一温度下，保温0.5min~60min，在2~200MPa的压力下进行热塑性压缩，然后缓慢冷却，即可得到所述的大尺寸块体非晶合金。3.大尺寸块体非晶合金的制备方法，其特征在于，将通过熔铸法制备的小尺寸块体非晶合金，放置于模具...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔见，宋新翔，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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