一種含低熔點(diǎn)金屬合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含低熔點(diǎn)金屬合金的制備方法，屬于材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科學(xué)的發(fā)展，功能型材料的種類也呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，與之相應(yīng)的，材料的制備技術(shù)也進(jìn)入到一個(gè)高速發(fā)展的階段。在合金型材料中，制備技術(shù)由最古老的鍛壓技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)如今的機(jī)械合金化、感應(yīng)熔煉、電弧熔煉和粉末燒結(jié)等現(xiàn)代化技術(shù)，滿足了絕大多數(shù)合金型材料的制備要求。然而，近年來(lái)以La-Mg-Ni合金為代表合金材料因其構(gòu)成元素的熔點(diǎn)相差過大，導(dǎo)致目前現(xiàn)有的制備技術(shù)無(wú)法在保證安全性、重復(fù)性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)此類合金的規(guī)?；a(chǎn)。這是由于以Mg元素為代表的堿金屬(L1、Na和K)和堿土金屬(Be、Mg)元素(統(tǒng)稱為低熔點(diǎn)金屬)的熔點(diǎn)較低，均未超過700°C，并且沸點(diǎn)低于1100°C，而以過渡金屬為代表的元素熔點(diǎn)均高于1000°C，導(dǎo)致在制備含有過渡金屬和低熔點(diǎn)金屬成分的合金時(shí)，低熔點(diǎn)金屬極易揮發(fā)，造成合金成分控制的困難，不利于產(chǎn)品穩(wěn)定性的控制。此外，由于低熔點(diǎn)金屬在空氣環(huán)境下具有非常活潑的化學(xué)性質(zhì)，使得揮發(fā)出的低熔點(diǎn)金屬成為生產(chǎn)過程中嚴(yán)重的安全隱患。
[0003]中國(guó)專利CN102226243 A公布了一種含鎂超晶格儲(chǔ)氫合金及其制備方法，其公布內(nèi)容為:采用真空感應(yīng)熔煉法，在合金其余成分均熔化的條件下將Mg投入溶液中。由于稀土、鎳等元素需要在溫度達(dá)到1000 °C~1600°C時(shí)才能熔化并混合均勻，導(dǎo)致Mg在加入時(shí)迅速熔化沸騰，并且有大量的Mg以氣態(tài)形式揮發(fā)后在感應(yīng)爐中凝結(jié)成細(xì)小的粉塵，使得合金中Mg的成分難以得到有效控制并且細(xì)小的Mg粉極易與空氣接觸后發(fā)生爆燃。專利CN103079727 A公布了一種稀土-鎂-鎳基貯氫合金的制造工藝，該工藝通過將含鎂合金中除鎂元素以外的成分制備成合金并優(yōu)選成合金粉后，與鎂粉充分混合后進(jìn)行熱處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于合金制備量大，導(dǎo)致混入的鎂粉在升溫熔化過程中在重力的引導(dǎo)下發(fā)生富集，導(dǎo)致最終的合金產(chǎn)品成分發(fā)生嚴(yán)重的偏析，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。此外，與Mg元素相比，L1、K、Be、Na元素具有更低的沸點(diǎn)和更活潑的化學(xué)性質(zhì)，造成了這些元素與高熔點(diǎn)過渡金屬元素形成的合金存在制備技術(shù)和生產(chǎn)安全上的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)含低熔點(diǎn)金屬合金的制備方法，避免在制備過程中生成細(xì)小的金屬顆粒，同時(shí)精確控制合金中低熔點(diǎn)金屬的含量。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
所述合金由低熔點(diǎn)金屬A和高熔點(diǎn)金屬B組成，其中，A包含L1、Be、Na、Mg和K中的一種或由其中兩種及兩種以上元素所組成的合金;B包含稀土金屬(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)以及過渡金屬(T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zr、Nb、Mo、Cd、Ag)中的一種或由其中兩種及兩種以上元素所組成的合金，其特征是:(1)將A與B分別放置在具有隔離裝置的密閉容器的兩個(gè)相互隔離的區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)相互隔離的區(qū)域間有氣孔相通，保證A在熔融狀態(tài)下不與B接觸，僅能以氣態(tài)形式與B接觸；(2)將密閉容器在相比要獲得的含A合金的熔點(diǎn)低1_500°C的溫度下熱處理1-60 h，在熱處理過程中當(dāng)A受溫度影響在密閉容器內(nèi)形成氣態(tài)時(shí)，與B充分接觸并擴(kuò)散至B內(nèi)部形成合金。
[0006]所述高熔點(diǎn)金屬B，可以為單質(zhì)金屬或多元合金，當(dāng)B為合金時(shí)，合金中各組分摩爾量之比為符合由其組成所對(duì)應(yīng)相圖中的任意值；
所述B的形貌特征為厚度在100 μπι-1500 μπι的薄帶；
所述高熔點(diǎn)金屬B為合金時(shí)，合金通過感應(yīng)熔煉法獲得。
[0007]所述低恪點(diǎn)金屬Α，其原料粒度尺寸為10μ??-50 cm；
當(dāng)A含有兩種及兩種以上低熔點(diǎn)金屬時(shí)，金屬中各組分摩爾量之比為符合由其組成所對(duì)應(yīng)相圖中的任意值。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明提供的含低熔點(diǎn)金屬合金的制備方法，能夠使低熔點(diǎn)金屬均勻的擴(kuò)散至高熔點(diǎn)金屬內(nèi)并與之形成成分固定的合金，并且在制備過程中不產(chǎn)生金屬粉塵，提高了低熔點(diǎn)金屬的利用率，從而保障了工業(yè)生產(chǎn)的安全性。
[0009]2、采用氣態(tài)擴(kuò)散的形式制備合金，避免了固態(tài)金屬液化過程導(dǎo)致的合金成分偏析。
[0010]3、制備工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，能源消耗少，制備成本低，易于產(chǎn)業(yè)化和推廣。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的LaQ.8Mg0.2i3(B)合金與擴(kuò)散前LatL8Ni3(A)合金X-射線衍射圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2獲得的連續(xù)制備10批次的NdQ.8MgQ.3Ni3合金中Mg含量曲線。
[0013]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3獲得的連續(xù)制備10批次的FeQ.2Ni2.3L1.5合金中Li含量曲線。
[0014]圖4為本發(fā)明實(shí)施例4獲得的連續(xù)制備10批次的Fe0.2Co2.3Na0.7合金中Na含量曲線。
[0015]圖5為本發(fā)明實(shí)施例5獲得的連續(xù)制備10批次的T1.sV0.sK0.1Nat^合金中K、Na含量曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
采用真空感應(yīng)速凝法將LaQ.8Ni3合金制備成厚度為100 μπι的薄帶。將98.33 g La0.sNis合金與1.67 g Mg裝入密閉容器中，其中Mg的原料粒度尺寸約為100 μπι，并使Mg與La0.8Ni3合金隔離，保證Mg僅能以氣態(tài)形式與La0.8Ni3合金接觸。將密閉容器置于熱處理爐中在1000°(:下熱處理4 ho
[0017]將制備的合金冷卻后取出，在空氣氣氛下破碎研磨成粒徑為200目的顆粒，進(jìn)行X-涉嫌衍射測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。由衍射結(jié)果可以看出，經(jīng)過本發(fā)明所屬制備方法處理后，合金的相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著變化，表明Mg在熱處理過程中進(jìn)入到La0.8Ni3合金晶胞內(nèi)部并與之形成新的La-Mg-Ni合金。
[0018]實(shí)施例2
采用真空感應(yīng)速凝法將Nd0.8Ni3合金制備成厚度為1500 μπι的薄帶。將97.56 gLa0.8Ni3合金與2.44 g Mg裝入密閉容器中，其中Mg的原料粒度尺寸約為3 cm，并使Mg與Nd0.8Ni3合金隔離，保證Mg僅能以氣態(tài)形式與Nck8Ni3合金接觸。將密閉容器置于熱處理爐中在1100°C下熱處理60 h。在同一密閉容器中，重復(fù)上述制備過程10次，并且不對(duì)容器內(nèi)壁進(jìn)行清理。
[0019]將制備所得的10次樣品分別進(jìn)行電感耦合等離子發(fā)射光譜測(cè)試(ICP)，檢測(cè)合金中Mg元素的含量，并將檢測(cè)結(jié)果列于圖2中。從Mg含量檢測(cè)結(jié)果可以看出，第一次制備過程中Mg元素在合金中的百分含量?jī)H為1.44 wt.%，與目標(biāo)值2.44 wt.%存在一定差距，而在后9次制備過程中，合金中的Mg含量則穩(wěn)定在目標(biāo)值附近，僅存在可忽略的偏差。這是由于在初次制備過程中，加入的Mg元素在形成蒸汽時(shí)與合金內(nèi)外存在動(dòng)態(tài)平衡，在降溫過程中于密閉容器內(nèi)壁形成一層Mg膜，在后續(xù)的制備過程中，Mg膜在高溫狀態(tài)下繼續(xù)變?yōu)镸g蒸汽補(bǔ)充到容器內(nèi)部空間中