一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种非晶合金制备技术，特别是一种能够通过标准粗铜制备铜基非晶合金的方法。使用标准粗铜和纯铝的按一定比例配制原料，通过真空电弧炉熔化制备合金锭，并通过将合金锭表面吸附的杂质元素打磨去除，获得合金锭。使用该锭配制铜钛锆非晶合金成分，通过真空电弧熔炼炉熔炼并通过吸铸法制备铜基非晶合金棒，或通过真空铜辊旋淬制备铜基非晶合金带材。本发明专利技术的方法可以使用粗铜作为原料制备铜基非晶合金，为工业低纯原料制备铜基非晶合金提供很好的技术手段。

A method of preparing Cu based amorphous alloy with standard crude copper

【技术实现步骤摘要】
一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法
本专利技术涉及一种非晶合金制备技术，特别是一种能够通过标准粗铜(铜的质量分数为98.5％,)原料制备铜基非晶合金的方法。
技术介绍
非晶合金是一种在结构上无序的非晶态金属材料。在制备技术上需要较高的冷却速度来实现对相应合金液态结构的“冻结”。但是，非晶合金产生以来，除其制备过程须在高真空设备(真空度达10-3Pa以上)、惰性气体保护中进行外，还使用了较高纯度的原料(纯度不低于99.9at.％)。高纯度原材料的使用造成了非晶合金生产成本的急剧增加，这显然不利于非晶合金的推广与使用。与高纯金属原料相比，工业原料中通常含有多种杂质元素，对合金的性能会产生显著的影响，杂质问题是金属材料领域的重要研究内容之一。虽然已能使用工业原料制备出具有较大临界尺寸的铁基非晶合金，但是，基于工业低纯铜原料制备对铜基非晶合金的仍未获得开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法。能够解决铜基非晶合金完全依赖高纯铜制备而导致的生产成本过高的问题。相对于高纯铜而言，相同品位的纯铝的价格要较其低很多。而铝作为活性元素使用，可以通过生成金属间化合物，有效的吸附粗铜中的杂质(如氧元素、硅元素及其他金属杂质元素等)。又由于这些金属间化合物的密度相较于铜要小，且熔点较高，容易浮于合金锭表面，容易去除，从而有效地降低铜中的杂质元素。另外，铝元素可以作为提高非晶合金玻璃形成能力的合金元素。因此，使用纯铝和粗铜炼制合金锭作为原料制备铜基非晶合金，可以为工业低纯原料制备铜基非晶合金提供很好的技术手段。也为使用其他元素(如Si等)消除粗铜中杂质元素制备铜基非晶合金提供明确的参考价值。本专利技术采用如下技术方案，具体步骤如下：(1)将纯铝和标准粗铜按纯铝的质量分数占比5％～10％，余量为粗铜的比例配制混合原料，通过真空电弧炉熔化，该过程涉及的工艺参数包括电流范围在250安培～350安培，单次熔炼时间范围3分钟～5分钟以及反复熔炼4～6次，获得母合金锭；纯铝的质量纯度为99.99％。(2)将步骤(1)的母合金锭取出，将表面用400目砂纸打磨去除表皮至光亮，获得原料合金锭。(3)采用电感耦合等离子体光谱仪分析步骤(2)的原料合金锭中的铜含量和铝含量，用于制备铜基非晶合金。(4)配制铜钛锆非晶合金成分，成分范围如下：铜含量(质量分数)：45％～52％；锆含量(质量分数)为33.9％～45.6％；余量为钛。根据步骤(3)中分析得到的铜含量计算所需步骤(2)中的合金锭的重量，与纯钛(纯度：钛的质量分数为99.99％)、纯锆(纯度：锆的质量分数为99.99％)按前述比例配制。(5)将步骤(4)中配置好的合金成分，放入真空电弧熔炼炉中，抽真空，真空度至5×10-3帕，然后充入高纯氩气(氩气的体积纯度：99.9％)至5×104帕的真空度，开始熔炼。熔炼过程使用电流为250安培，单次熔炼时间为2分钟，反复熔炼次数为4次，每次熔炼后反转熔锭上下表面，得到合金母锭。通过真空电弧熔炼炉熔炼，并通过吸铸法制备铜基非晶合金棒(步骤5.1)，或通过真空铜辊旋淬制备铜基非晶合金带材(步骤5.2)。5.1.将合金母锭使用仪器自带的机械手移至吸铸工位，熔化合金锭，启动吸铸真空泵，通过吸铸制备铜基非晶合金棒。5.2.取出合金母锭，并放入底部留有矩形喷嘴的石英管中，再放入熔体旋淬甩带设备中。抽真空，当真空度达到5×10-3帕时后，关闭抽气装置，向熔体旋淬甩带设备内充入体积纯度为99.9％的氩气至熔体快淬甩带设备内真空度达到5×104帕，使用设备内磁感应加热的方式进行熔炼，待完全熔化后形成熔体，打开气压阀，将熔体喷射到快速旋转的铜辊表面，得到连续的非晶合金条带。(6)通过X射线衍射和扫描电子显微镜检测棒材或带材的非晶属性。有益效果：本专利技术的方法可以使用标准粗铜作为原料制备铜基非晶合金，可以改变目前铜基非晶合金依赖高纯铜的制备方式，能在现有的生产技术条件下降低铜基非晶合金的生产成本。附图说明图1为本专利技术实施例1获得1毫米合金棒材的X射线衍射曲线。图2为本专利技术实施例3获得宽1毫米，厚15微米带材的X射线衍射曲线。图3为本专利技术实施例1获得1毫米合金棒材实物图。图4为本专利技术实施例4获得宽1毫米，厚15微米带材实物图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1：(1)将粗铜和纯铝(纯度：铝的质量分数为99.99％)的配制原料(纯铝的质量分数占比5％，余量为粗铜)，通过真空电弧炉熔化，该过程涉及的工艺参数包括350安培的电流，单次熔炼时间为3分钟以及反复熔炼6次，每次熔炼结束后翻转合金锭上下表面，获得母合金锭。(2)将步骤(1)的母合金锭取出，将表面用400目砂纸打磨去除表皮至光亮，获得合金锭。(3)采用电感耦合等离子体光谱仪分析步骤(2)的原料合金锭中的铜含量(质量分数99.51％)，即用于制备铜基非晶合金。(4)配置10.03克铜钛锆非晶合金，成分(质量分数)：铜含量52％，锆含量34％，钛含量14％。所需步骤(2)中合金锭重量为5.23克，纯锆3.4克，纯钛1.4克。(5)将步骤(4)中配置好的合金成分，放入真空电弧熔炼炉中，抽真空，真空度至5×10-3帕，然后充入高纯氩气(氩气纯度：99.9％)至5×104帕的真空度，开始熔炼。熔炼过程使用电流为250安培，单次熔炼时间为2分钟，反复熔炼次数为4次，每次熔炼后反转熔锭上下表面，得到铜锆钛合金锭。将铜锆钛合金锭使用仪器自带的机械手移至吸铸工位，使用300安培的电流熔化合金锭，并通过吸铸法制备直径为1毫米，长度为35毫米的铜基非晶合金棒。(6)通过X射线衍射和扫描电子显微镜检测本实施例步骤的棒材具有非晶合金属性。如图1所示，合金的X射线衍射图一个漫散射锋，证实了所制合金具有非晶态本质，因此，通过本实施例能够获得成分为铜含量52％，锆含量34％，钛含量14％的铜基非晶合金。实施例2：(1)将粗铜和纯铝(纯度：铝的质量分数为99.99％)的配制原料(纯铝的质量分数占比10％，余量为粗铜)，通过真空电弧炉熔化，该过程涉及的工艺参数包括250安培的电流，单次熔炼时间为5分钟以及反复熔炼4次，每次熔炼结束后翻转合金锭上下表面，获得母合金锭。(2)将步骤(1)的母合金锭取出，将表面用400目砂纸打磨去除表皮至光亮，获得合金锭。(3)采用电感耦合等离子体光谱仪分析步骤(2)的原料合金锭中的铜含量(质量分数93.62％)，即用于制备铜基非晶合金。(4)配置10.35克铜钛锆非晶合金，成分(质量分数)：铜含量52％，锆含量34％，钛含量14％。所需步骤(2)中合金锭重量为5.55克，纯锆3.4克，纯钛1.4克。(5)将步骤(4)中配置好的合金成分，放入真空电弧熔炼炉中，抽真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)将纯铝和标准粗铜按纯铝的质量分数占比5％～10％，余量为粗铜的比例配制混合原料，通过真空电弧炉熔化，获得母合金锭；/n(2)将步骤(1)的母合金锭取出，表面打磨去除表皮至光亮，获得原料合金锭；/n(3)采用电感耦合等离子体光谱仪分析步骤(2)的原料合金锭中的铜含量和铝含量，用于制备铜基非晶合金；/n(4)配制铜钛锆非晶合金成分，成分范围如下：铜含量以质量分数计算为：45％～52％；锆含量以质量分数计算为33.9％～45.6％；余量为钛；/n根据步骤(3)中分析得到的铜含量计算所需步骤(2)中的合金锭的重量，与纯钛、纯锆按比例配制；/n(5)将步骤(4)中配置好的合金成分，放入真空电弧熔炼炉中熔炼，得到合金母锭；通过真空电弧熔炼炉熔炼合金母锭，并通过吸铸法制备铜基非晶合金棒或通过真空铜辊旋淬制备铜基非晶合金带材。/n

【技术特征摘要】
1.一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将纯铝和标准粗铜按纯铝的质量分数占比5％～10％，余量为粗铜的比例配制混合原料，通过真空电弧炉熔化，获得母合金锭；
(2)将步骤(1)的母合金锭取出，表面打磨去除表皮至光亮，获得原料合金锭；
(3)采用电感耦合等离子体光谱仪分析步骤(2)的原料合金锭中的铜含量和铝含量，用于制备铜基非晶合金；
(4)配制铜钛锆非晶合金成分，成分范围如下：铜含量以质量分数计算为：45％～52％；锆含量以质量分数计算为33.9％～45.6％；余量为钛；
根据步骤(3)中分析得到的铜含量计算所需步骤(2)中的合金锭的重量，与纯钛、纯锆按比例配制；
(5)将步骤(4)中配置好的合金成分，放入真空电弧熔炼炉中熔炼，得到合金母锭；通过真空电弧熔炼炉熔炼合金母锭，并通过吸铸法制备铜基非晶合金棒或通过真空铜辊旋淬制备铜基非晶合金带材。


2.如权利要求1所述的一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法，其特征在于，步骤(1)中，真空电弧炉熔化过程涉及的工艺参数包括：电流范围在250安培～350安培，单次熔炼时间范围3分钟～5分钟以及反复熔炼4～6次；纯铝的质量纯度为99.99％。


3.如权利要求1所述的一种以标准粗铜制备铜基非晶合金的方法，其特征在于，步骤(2)中，母合金锭表面用400目砂纸打磨去除表皮至光亮。


4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴继礼，周子翼，梁向锋，张峰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32