镁锂基Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ系块体非晶合金的制备方法技术

本发明专利技术提供的是一种镁锂基Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ系块体非晶合金的制备方法。（１）将高纯镁块、锂块、镍块、高纯铜锭、高纯钇块按名义成分Ｍｇ６５ＬｉｘＣｕ２０－ｘＮｉ５Ｙ１０其中０＜ｘ＜５ａｔ．％配料，首先用真空感应熔炼的方法进行Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ三元合金的熔炼；随后，将Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ合金打磨抛光，粉碎后与镁块和锂块混合，然后用相同的熔炼方法制备出Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ五元母合金；（２）将熔炼制备得到的Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ五元母合金粉碎后，在超快速液淬装置上进行真空快淬，制得高强度镁锂基Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ系块体非晶合金。本发明专利技术避免了镁锂大量烧失和杂质元素混入，提高了非晶合金纯度，所得镁锂基非晶合金强度高、密度低、抗腐蚀性能好。

【技术实现步骤摘要】

专利技术涉及的是一种高强度非晶合金材料的制备方法。
技术介绍
最近几十年以来，人们对镁基非晶合金进行了较系统深入的研究。发现镁基非晶 合金的强度可达一般晶态合金的2至3倍，比强度大幅提高，原本难以解决的耐蚀性问题也 得到了改善，被认为是一种极具潜力的新型轻质高比强度的结构材料。镁锂合金作为一种 超轻合金具有多种与镁基合金相同的优异性能及重要的应用价值，但对其非晶态合金的研 究涉及较少。因此，对镁锂基非晶合金的研究必将成为材料领域研究的重要课题之一。传 统非晶制备过程中于成分设计及实施措施不当造成镁或锂烧失严重，同时极易引入杂质元 素，使得所制非晶合金成分与原来设计偏差较大，纯度较低，各方面性能较差。虽然专利申请号为200810064803. 8，名称为“一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块 非晶合金及其制备方法”的专利文件等文献中，提出了一些关于镁锂基大块非晶合金的制 备方法。但是，寻找一种成分设计合理以及简便易行的快速凝固技术并降低制备过程中较 高的温度从而有效减少镁锂的烧失，提高非晶合金纯度，制备出较大尺寸、力学性能及耐腐 蚀性能优异的镁锂基非晶合金，使其作为工程结构材料得到广泛的应用，成为材料研究者 亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够保证非晶合金的纯度，减少镁锂烧失，提高非晶 形成能力的。本专利技术的目的是这样实现的(1)制备母合金将纯度为99. 95%的高纯镁块、纯度为99. 9%的锂块、纯度 为99. 5%的镍块、纯度为99. 8%的高纯铜锭、纯度为99. 99 %的高纯钇块按名义成分 Mg65LixCu20^xNi5Y10其中0 < χ < 5at. %配料，首先用真空感应熔炼的方法进行Cu-Ni-Y三 元合金的熔炼；随后，将Cu-Ni-Y合金打磨抛光，粉碎后与纯度为99. 95%的镁块和纯度为 99. 9%的锂块混合，然后用相同的熔炼方法制备出Mg-Li-Cu-Ni-Y五元母合金；(2)母合金的真空快淬将熔炼制备得到的Mg-Li-Cu-Ni-Y五元母合金粉碎后，在 超快速液淬装置上进行真空快淬，制得高强度镁锂基Mg-Li-Cu-Ni-Y系块体非晶合金。所述真空感应熔炼的方法为将配好的合金原料放入石英容器内，将其置于感应 线圈中心，避免与线圈接触，关闭中频感应熔炼炉的炉门，然后抽真空至10_4Pa，充入10_2Pa 的氩气，反复三次后在氩气保护下熔炼合金，将合金反复熔炼3 5次；所述母合金的真空快淬的方法为将制得的Mg-Li-Cu-Ni-Y母合金打磨抛光， 除去母合金表面的氧化皮，用超声波振荡器对其进行清洗，将母合金粉碎后装入石英容器 内，将其置于感应线圈中心，避免与线圈接触；关闭炉门，往石英容器上端储气罐内充入 压力为P1 = 5X10_2Pa的高纯氩气，将炉腔反复抽高真空后充入5X10_2Pa的氩气保护气形成P2的负压，在氩气气氛的中频真空感应熔炼炉中重熔上述母合金，将得到的熔融态 Mg-Li-Cu-Ni-Y母合金在压力差P = PJP2的作用下，以极高的速度喷入激冷铜模的型腔内， 获得高强度镁锂基Mg-Li-Cu-Ni-Y系块体非晶合金。本专利技术通过元素添加及替代的方法，在非晶形成能力比较强的M镁基块体非晶合 金的基础上，加入Li和稀土元素，通过采用真空快淬技术制备镁锂基非晶合金。由于操作 是在 真空状态下进行，不仅可以获得极高的冷速，获得大块非晶合金，并且有效避免了杂质 元素的混入，保证了非晶合金的纯度；为减少镁锂烧失，预先制备了高熔点元素合金，稀土 元素Y提高了非晶形成能力，同时其抗氧化性和阻燃性能避免了镁锂的起火而减少了其烧 失量。为提高喷速首先在速石英试管上端储气罐内充入压力为P1(SXlO-2Pa)的高纯氩气， 然后将炉腔反复抽高真空后充入5 X KT2Pa的氩气保护气形成P2的负压，最后在压力差P = P^P2的作用下实现熔融母合金的真空快淬。本专利技术制备的镁锂基Mg-Li-Cu-Ni-Y系块体 非晶合金具备了优异的力学性能，其中Mg65Li4Cu16Ni5Yltl的抗压缩强度达到了 729MPa，不仅 远远高于传统晶态镁锂合金的强度，并比具相同直径的Mg65Cu25Yltl非晶合金试样高49MPa， 与此同时该镁锂非晶合金的过冷液相区达50K，显示了较强的非晶形成能力。本专利技术具有的优益之处在于通过元素的添加替代方法降低非晶合金的临界冷却速率，提高其玻璃形成能力； 为减少镁锂烧失，预先制备了高熔点元素合金，稀土元素Y提高了非晶形成能力，同时其抗 氧化性和阻燃性能避免了镁锂的起火而减少了其烧失量。由于真空快淬是在真空状态下进 行，获得极高的冷速的同时，有效避免了杂质元素的混入，保证了非晶合金的纯度。制备工 艺简单易行且成本较低。利用本专利技术能够制备出较大尺寸的镁锂基非晶合金，具有优异的 力学及抗腐蚀性能，较强的非晶形成能力。本专利技术可作为性能优良的工程结构材料广泛应 用于航空、航天、汽车、机械、电子、军工产业等领域。附图说明图1为本专利技术所制得的Mg-Li-Cu-Ni-Y块体非晶合金的XRD衍射图谱；图2为本专利技术所制得的Mg-Li-Cu-Ni-Y块体非晶合金的DSC曲线；图3为本专利技术所制得的Mg-Li-Cu-Ni-Y块体非晶合金的抗压缩强度曲线。具体实施例方式下面举例对本专利技术做更详细地描述实施例1选择制备χ = 2，即成分为Mg65Li2Cu18Ni5Yltl的块体非晶合金，样品直径为2mm。步骤1 母合金的制备将纯度为99. 99%的高纯镁块、纯度为99. 9%的锂块、纯 度为99. 5%的镍块、纯度为99. 8%的高纯铜锭、纯度为99. 99 %的高纯钇块按成分配比 Mg65Li2Cu18Ni5Y10称取原料；首先将合金原料Cu、Ni、Y放入石英试管内，将其置于感应线圈 中心，避免与线圈接触，关闭中频感应熔炼炉的炉门，然后抽真空至10_4Pa，充入10_2Pa的氩 气，反复三次后在氩气保护下熔炼合金，为使合金成分均勻，将合金反复熔炼3 5次，制得 Cu-Ni-Y三元合金。随后，将Cu-Ni-Y合金打磨抛光，粉碎后跟纯度为99. 95%的镁块和纯 度为99. 9%的锂块混合，然后用相同的熔炼方法制得Mg-Li-Cu-Ni-Y五元母合金。步骤2 母合金的真空快淬将步骤1制得的Mg-Li-Cu-Ni-Y母合金打磨抛光， 以除去母合金表面的氧化皮，用超声波振荡器对其进行清洗，将母合金粉碎后装入石英试 管内，将其置于感应线圈中心，避免与线圈接触；关闭炉门，往石英试管上端储气罐内充入 压力为P1(SXKT2Pa)的高纯氩气，将炉腔反复抽高真空后充入5X10_2Pa的氩气保护气 形成P2的负压，在氩气气氛的中频真空感应熔炼炉中重熔上述母合金，将得到的熔融态 Mg-Li-Cu-Ni-Y母合金在压力差P = PJP2的作用下，以极高的速度喷入激冷铜模的型腔内， 获得Mg65Li2Cu18Ni5Yltl块体非晶合金样品。 步骤3 采用X射线衍射法表征所得样品的组织结构，如图IA ；由该样品的XRD衍 射图普可知，所得样品的组织结构具典型的非晶结构特征，说明该合金样品为非晶合金。步骤4 采用DSC曲线表征所得样品的非晶形成能力，如图2A ；分析样品的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁锂基Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ系块体非晶合金的制备方法，其特征是：　　（１）制备母合金：将纯度为９９．９５％的高纯镁块、纯度为９９．９％的锂块、纯度为９９．５％的镍块、纯度为９９．８％的高纯铜锭、纯度为９９．９９％的高纯钇块按名义成分０Ｍｇ↓［６５］Ｌｉ↓［ｘ］Ｃｕ↓［２０－ｘ］Ｎｉ↓［５］Ｙ↓［１０］其中０＜ｘ＜５ａｔ．％配料，首先用真空感应熔炼的方法进行Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ三元合金的熔炼；随后，将Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ合金打磨抛光，粉碎后与纯度为９９．９５％的镁块和纯度为９９．９％的锂块混合，然后用相同的熔炼方法制备出Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ五元母合金；　　（２）母合金的真空快淬：将熔炼制备得到的Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ五元母合金粉碎后，在超快速液淬装置上进行真空快淬，制得高强度镁锂基Ｍｇ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｙ系块体非晶合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，刘光波，薛柱，张密林，童仲秋，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]