一種鎂基無(wú)定形體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂基無(wú)定形體及其制備方法，其中，鎂基無(wú)定形體由以下組分組成：鎂基無(wú)定形體的組成如下通式所示：Mg87-xCuxDy13，其中，22≤x≤32；鎂基無(wú)定形體的制備方法包括以下步驟：鎂基無(wú)定形體的組成的通式所示的重量比將單金屬原料塊加入到熔煉裝置中融化，并反復(fù)熔煉4-6次，冷卻后獲得母合塊，其中，熔煉溫度為：1100K-1200K，每次熔煉時(shí)間為1～2min，并保溫2～3min。鎂基無(wú)定形體的制備方法簡(jiǎn)單，容易操作，設(shè)備要求不高，生產(chǎn)條件易與掌握，無(wú)定形體純度高，性能好，可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種鎂基無(wú)定形體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)定形體【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及到一種鎂基無(wú)定形體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大塊無(wú)定形體作為一種新型材料，無(wú)定形體具有相玻璃一樣的長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無(wú)定形體與晶態(tài)合金相比，具有極高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性和高電阻性，而且還表現(xiàn)出優(yōu)良的超導(dǎo)性和低磁損耗等特點(diǎn)，由于其具有的獨(dú)特物理、化學(xué)和機(jī)械性能，因此，大塊非晶已經(jīng)在電子、機(jī)械和化工行業(yè)得到應(yīng)用，隨著新材料的發(fā)明，其應(yīng)用將會(huì)不斷擴(kuò)大。
[0003]目如的無(wú)定形體體系有:錯(cuò)基、鐵基、銅基、鎮(zhèn)基、欽基和招基以及稀土基的無(wú)定形體等。不同的非晶體系根據(jù)成分不同，相應(yīng)的物理化學(xué)性質(zhì)以及它的制備條件都不同。其中，錯(cuò)基、鐵基、銅基、鎮(zhèn)基、欽基和招基無(wú)定形體的強(qiáng)度大、硬度聞、耐腐蝕性好，但它們對(duì)制備的條件的要求相對(duì)荀刻。錯(cuò)基、鐵基、銅基、鎮(zhèn)基、欽基和招基等無(wú)定形體相比，稀土基無(wú)定形體具有較低的玻璃化溫度，超強(qiáng)的玻璃形成能力以及寬的過(guò)冷液相區(qū)，容易形成大塊無(wú)定形體，而且稀土基無(wú)定形體的制備條件相對(duì)寬松，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。但是稀土基無(wú)定形體存在強(qiáng)度較低，且耐腐蝕性差的缺點(diǎn)。
[0004]多組元體系雖較易形成大塊無(wú)定形體，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成分多樣，對(duì)其形成機(jī)理和相的析出都很難進(jìn)行分析，而采用少組元體系大塊非晶，便于對(duì)其形成機(jī)理和析出相的研究。
[0005]鑒于上述描述，亟待在不提高合金密度的前提下，設(shè)計(jì)并研究出少組元Mg基無(wú)定形體，并獲得塊狀非晶形成能力的最佳值和較好的力學(xué)性能。因此本發(fā)明提供了一種鎂基無(wú)定形體及其制備方法，用以發(fā)展我國(guó)非晶形成及晶化過(guò)程的研究及應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一在于提供一種少組元、壓縮強(qiáng)度強(qiáng)且無(wú)塑性變形的鎂基無(wú)定形體；目的之二在于提供一種鎂基無(wú)定形體的制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的和一些其他目的，本發(fā)明提供一種鎂基無(wú)定形體，其特征在于，鎂基無(wú)定形體的組成如下通式所示:Mg87_xCuxDy13，其中，22≤x≤32。
[0008]優(yōu)選的是，X為22、27或32。
[0009]優(yōu)選的是，X為27或32。
[0010]優(yōu)選的是，X為27。
[0011]優(yōu)選的是,X為27時(shí),無(wú)定形體最大直徑為8mm,壓縮強(qiáng)度為621.84MPa,無(wú)塑性變形。
[0012]一種所述鎂基無(wú)定形體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013]按照鎂基無(wú)定形體的組成的通式所示的重量比將單金屬原料塊加入到熔煉裝置中融化，并反復(fù)熔煉4-6次，冷卻后獲得母合金塊，其中，熔煉溫度為:1100K-1200K，每次熔煉時(shí)間為I~2min,并保溫2~3min。
[0014]優(yōu)選的是，所述單金屬原料塊在熔煉之前還要進(jìn)行預(yù)處理過(guò)程，預(yù)處理過(guò)程為將單金屬原料塊進(jìn)行打磨，之后放入清洗溶液中并在頻率為40KHz微聲波下清洗5min。
[0015]優(yōu)選的是，所述清洗溶液為丙酮溶液。
[0016]優(yōu)選的是，所述鎂基無(wú)定形體的制備方法還包括以下步驟:將所述母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中，在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉3-5min，之后用高純Ar氣將再次熔煉之后的母合金液快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得鎂基無(wú)定形體塊體。
[0017]優(yōu)選的是，所述熔煉裝置為真空電弧熔煉爐，熔煉之前首先抽真空，真空度達(dá)到
1X 10_3Pa~3X 10_3Pa后充入1O5Pa高純氬氣；將所述母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中之前，首先調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度為3 X KT3Pa~5X 10_3Pa，之后沖高純氬氣使真空度105Pa。
[0018]鎂具有1.74g/cm3的最小密度、豐富的地球資源及可再生循環(huán)利用等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此在大量合金中Mg基無(wú)定形體頗具吸引力。Mg基塊狀無(wú)定形體因質(zhì)量輕、強(qiáng)度高而具有廣闊發(fā)展前景新型的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，是繼鋼鐵和鋁合金之后發(fā)展起來(lái)的第三類金屬結(jié)構(gòu)材料。特別是人們研究了各類Mg-Cu-Re (稀土元素)合金，各種稀土元素(Re)具有十分相似的性能，但包含它們的Mg-Cu-Re合金的非晶形成能力卻相差很大。對(duì)于Mg65Cu25Reltl合金，Re為Ce和La時(shí)形成不了塊狀非晶。Re為Gd時(shí)，Mg65Cu25Gd10確具有較強(qiáng)非晶形成能力。本發(fā)明 申請(qǐng)人:用Dy代替Mg65Cu25Gdltl中的Gd，之后對(duì)其形成塊狀非晶可能性進(jìn)行了研究，并確定出最佳的非晶形成能力。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]I)鎂基無(wú)定形體Mg87_xCuxDyl3，其中，22≤x≤32范圍內(nèi)都能形成非晶合金，且x為22、27或32時(shí),無(wú)定形體最大直徑分別為6mm、8mm或7mm,當(dāng)x為27時(shí),無(wú)定形體的壓縮強(qiáng)度為621.84MPa，無(wú)塑性變形；
[0021]2)單金屬原料塊加入到熔煉裝置中融化，并反復(fù)熔煉4-6次，可以使單金屬塊充分融化并相互融合，使形成的無(wú)定形體純度高，性能更好；
[0022]3)單金屬原料塊在熔煉之前進(jìn)行的預(yù)處理過(guò)程可以將單金屬原料塊表面雜質(zhì)清潔干凈，保證單金屬原料塊金屬純度，避免在熔煉過(guò)程中帶入過(guò)多的雜質(zhì)，使形成的無(wú)定形體純度高；
[0023]4)將所述母合金液轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中再次熔煉，目的是使無(wú)定形體形成更徹底，之后用高純Ar氣將再次熔煉之后的母合金液快速吹推入銅模中，過(guò)程中無(wú)需接觸空氣，不會(huì)帶入其他雜質(zhì)，使形成的無(wú)定形體純度高。
[0024]5)綜上所述，鎂基無(wú)定形體的制備方法簡(jiǎn)單，容易操作，設(shè)備要求不高，生產(chǎn)條件易與掌握，無(wú)定形體純度高，性能好，可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述鎂基無(wú)定形體不同直徑的合金圓棒的XRD衍射圖譜。
[0026]圖2為本發(fā)明所述鎂基無(wú)定形體Mg5tlCu37Dy13和Mg7tlCu17Dy13合金圓棒的XRD衍射圖譜。
[0027]圖3為本發(fā)明所述鎂基無(wú)定形體Mg6tlCu27Dy13與合金通式分別為Mg5tlCu37Dy13和Mg70Cu17Dy13的三種合金應(yīng)力一應(yīng)變曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0029]一、本發(fā)明所述鎂基無(wú)定形體的組成如下通式所示:Mg87_xCuxDy13，其中，22 ≤ X ≤ 32。
[0030]根據(jù)上述鎂基無(wú)定形體的組成通式制備鎂基無(wú)定形體:
[0031]實(shí)施例1
[0032]采用銅模噴注法制備Mg65Cu22Dy13塊體無(wú)定形體。
[0033]步驟一，采用市售的高純(99.9% )塊狀金屬，首先按鎂基無(wú)定形體的組成通式稱取單金屬原料塊，將Mg和Cu塊等表面上的氧化膜進(jìn)行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微聲波清洗5min ；
[0034]步驟二，將真空電弧熔煉爐抽真空并充入IO5Pa高純氬氣(氬氣純度為99.999% ),將單金屬原料塊放入真空電弧熔煉爐加熱融化，合金反復(fù)熔煉5次，冷卻之后得母合金塊，其中，熔煉溫度為:1100K-1200K，每次熔煉時(shí)間為2min，并保溫2min ；
[0035]步驟三，調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度3X10_3Pa，然后沖高純氬氣使真空度IO5Pa,之后將母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中，在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉3min后，高純Ar氣將金屬熔體快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得塊體無(wú)定形體。
[0036]實(shí)施例2
[0037]采用銅模噴注法制備Mg6tlCu27Dy13塊體無(wú)定形體。
[0038]步驟一，采用市售的高純(99.9% )塊狀金屬，首先按鎂基無(wú)定形體的組成通式稱取單金屬原料塊，將Mg和Cu塊等表面上的氧化膜進(jìn)行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微聲波清洗5min ；
[0039]步驟二，將真空電弧熔煉爐抽真空并充入IO5Pa高純氬氣(氬氣純度為99.999% ),將單金屬原料塊放入真空電弧熔煉爐加熱融化，合金反復(fù)熔煉5次，冷卻之后得母合金塊，其中，熔煉溫度為:1100K-1200K，每次熔煉時(shí)間為lmin，并保溫3min ；
[0040]步驟三，調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度4X10_3Pa，然后沖高純氬氣使真空度IO5Pa,之后將母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中，在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉4min后，高純Ar氣將金屬熔體快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得塊體無(wú)定形體。
[0041]實(shí)施例3
[0042]采用銅模噴注法制備Mg55Cu32Dy13塊體無(wú)定形體。
[0043]步驟一，采用市售的高純(99.9% )塊狀金屬，首先按鎂基無(wú)定形體的組成通式稱取單金屬原料塊，將Mg和Cu塊等表面上的氧化膜進(jìn)行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微聲波清洗5min ；
[0044]步驟二，將真空電弧熔煉爐抽真空并充入IO5Pa高純氬氣(氬氣純度為99.999% ),將單金屬原料塊放入真空電弧熔煉爐加熱融化，合金反復(fù)熔煉5次，冷卻之后得母合金塊，其中，熔煉溫度為:1100K-1200K，每次熔煉時(shí)間為2min，并保溫3min ；
[0045]步驟三，調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度5X10_3Pa，然后沖高純氬氣使真空度IO5Pa,之后將母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中，在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉5min后，高純Ar氣將金屬熔體快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得塊體無(wú)定形體。
[0046]對(duì)比例I
[0047]采用銅模噴注法制備Mg5tlCu37Dy13塊體無(wú)定形體。采用市售的高純(99.9% )塊狀金屬，首先按配比選取原材料，將Mg和Cu塊等表面上的氧化膜進(jìn)行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微聲波清洗5分鐘。將真空電弧熔煉爐抽真空并充入IO5Pa高純氬氣(氬氣純度為99.999%)，將原料放入真空電弧熔煉爐加熱融化，合金反復(fù)熔煉5次。制備得到的母合金高頻感應(yīng)爐中；調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度3 X 10_3Pa~5 X 10?,然后沖高純氬氣使真空度IO5Pa,在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉3_5min后，高純Ar氣將金屬熔體快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得塊體無(wú)定形體。
[0048]對(duì)比例2[0049]采用銅模噴注法制備Mg7tlCu17Dy13塊體無(wú)定形體。采用市售的高純(99.9% )塊狀金屬，首先按配比選取原材料，將Mg和Cu塊等表面上的氧化膜進(jìn)行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微聲波清洗5分鐘。將真空電弧熔煉爐抽真空并充入IO5Pa高純氬氣(氬氣純度為99.999%)，將原料放入真空電弧熔煉爐加熱融化，合金反復(fù)熔煉5次。制備得到的母合金高頻感應(yīng)爐中；調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度3 X 10_3Pa~5 X 10?,然后沖高純氬氣使真空度IO5Pa,在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉3_5min后，高純Ar氣將金屬熔體快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得塊體無(wú)定形體。
[0050]二、檢測(cè)實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-2中應(yīng)用本發(fā)明所述鎂基無(wú)定形體的制備方法獲得的無(wú)定形體塊的無(wú)定形形成能力的最佳值和較好的力學(xué)性能。
[0051]如圖1所示，Mg55Cu32Dy13合金X射線衍射圖譜，從圖1可以看出直徑為7mm時(shí)，由非晶特有的單一的寬泛衍射峰組成，即為非晶態(tài)，臨界直徑尺寸增加到8_時(shí)，出現(xiàn)了明銳的晶態(tài)衍射峰，不是單一的非晶組織，得出Mg55Cu32Dy13合金的臨界直徑尺寸分別為7mm ；Mg6tlCu27Dy13合金X射線衍射圖譜，從圖1可以看出直徑為8mm時(shí)，由非晶特有的單一的寬泛衍射峰組成，即為非晶態(tài)，臨界直徑尺寸增加到9_時(shí)，出現(xiàn)了明銳的晶態(tài)衍射峰，不是單一的非晶組織，得出Mg6tlCu27Dy13合金的臨界直徑尺寸分別為8mm ；Mg65Cu22Dy13合金X射線衍射圖譜，從圖1可以看出直徑為6_時(shí)，由非晶特有的單一的寬泛衍射峰組成，即為非晶態(tài)，臨界直徑尺寸增加到7_時(shí)，出現(xiàn)了明銳的晶態(tài)衍射峰，不是單一的非晶組織，得出Mg65Cu22Dy13合金的臨界直徑尺寸分別為6mm。
[0052]如圖2所示，直徑為3mm的Mg5tlCu37Dy13合金圓棒的XRD衍射圖譜為寬衍射峰上疊加有明銳的晶態(tài)相峰，不是單一非晶“饅頭峰”說(shuō)明組織為非晶相和晶態(tài)相的混合組織，不能形成完全的非晶態(tài)。Mg7tlCu17Dy13合金的圖譜為寬衍射峰上疊加有明銳的晶態(tài)相峰，不是單一非晶“饅頭峰”說(shuō)明組織為非晶相和晶態(tài)相的混合組織，不能形成完全的非晶態(tài)。
[0053]如圖3所示，采用力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試Mg7tlCu17Dy13非晶復(fù)合材料的室溫壓縮性能，其壓縮過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變曲線為a曲線所示，Mg7tlCu17Dy13合金壓縮起始階段的曲線為一直線，表明發(fā)生的是彈性變形，在壓縮強(qiáng)度達(dá)561.27MPa后曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，斜率變小，發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，直到壓縮強(qiáng)度達(dá)到約702.38MPa后斷裂，期間的塑性變形率約為0.8%。Mg60Cu27Dy13壓縮過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變曲線為b曲線所示，可見(jiàn)Mg6tlCu27Dy13無(wú)定形體經(jīng)歷單一的彈性變形，而無(wú)塑性變形，即屈服和斷裂同時(shí)發(fā)生。Mg6tlCu27Dy13合金在壓縮強(qiáng)度為621.84MPa時(shí)斷裂。Mg5tlCu37Dy13壓縮過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變曲線為c曲線所示，合金經(jīng)歷為單一的彈性變形，而無(wú)塑性變形，即屈服和斷裂同時(shí)發(fā)生，Mg5tlCu37Dy13合金在壓縮強(qiáng)度僅為368.16MPa時(shí)即斷裂。
[0054]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里 示出的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂基無(wú)定形體，其特征在于，鎂基無(wú)定形體的組成如下通式所示:Mg87_xCuxDy13，其中，22≤X≤32。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂基無(wú)定形體及其制備方法，其特征在于，X為22、27或32。
3.如權(quán)利要求2所述的鎂基無(wú)定形體及其制備方法，其特征在于，X為27或32。
4.如權(quán)利要求3所述的鎂基無(wú)定形體及其制備方法，其特征在于，X為27。
5.如權(quán)利要求3所述的鎂基無(wú)定形體及其制備方法，其特征在于，X為27時(shí)，鎂基無(wú)定形體最大直徑為8mm,壓縮強(qiáng)度為621.84MPa,無(wú)塑性變形。
6.一種如權(quán)利要求1所述鎂基無(wú)定形體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按照權(quán)利要求1所述鎂基無(wú)定形體的組成的通式所示的重量比將單金屬原料塊加入到熔煉裝置中融化，并反復(fù)熔煉4-6次,冷卻后獲得母合金塊,其中,熔煉溫度為:1100K-1200K,每次熔煉時(shí)間為1~2min,并保溫2~3min。
7.如權(quán)利要求5所述鎂基無(wú)定形體的制備方法，其特征在于，所述單金屬原料塊在熔煉之前還要進(jìn)行預(yù)處理過(guò)程，預(yù)處理過(guò)程為將單金屬原料塊進(jìn)行打磨，之后放入清洗溶液中并在頻率為40KHz微聲波下清洗5min。
8.如權(quán)利要求6所述鎂基無(wú)定形體的制備方法，其特征在于，所述清洗溶液為丙酮溶液。
9.如權(quán)利要求5所述鎂基無(wú)定形體的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟:將所述母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中，在感應(yīng)溫度1000K-1100K下熔煉3-5min，之后用高純Ar氣將再次熔煉之后的母合金液快速吹推入銅模，隨銅模冷卻即制得鎂基無(wú)定形體塊體。
10.如權(quán)利要求9所述鎂基無(wú)定形體的制備方法，其特征在于，所述熔煉裝置為真空電弧熔煉爐，熔煉之前首先抽真空，真空度達(dá)到lX10_3Pa~3X10_3Pa后充入IO5Pa高純氬氣；將所述母合金塊轉(zhuǎn)移入高頻感應(yīng)爐中之前，首先調(diào)節(jié)感應(yīng)爐真空度為3X KT3Pa~5X10_3Pa，之后沖高純氬氣使真空度105Pa。
【文檔編號(hào)】C22C45/00GK103952649SQ201410209534
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】司頤 申請(qǐng)人:遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院