[发明专利]Mg－Ni－(Gd,Nd)系大块非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料技术领域的镁合金材料及其制备方法，具体地说，涉及的是一种Mg-Ni-(Gd，Nd)系大块非晶合金及其制备方法。

背景技术

随着我国航空航天业、汽车业的迅猛发展，航天器和汽车等交通工具的轻量化就成为永恒的追求。镁合金具有高的比强度、比刚度、比弹性摸量，日益成为材料工作者关注的焦点。相比之下，镁基大块非晶合金屈服强度和断裂强度都大大高于普通镁合金，并且其比强度高的优势更加突出。目前研究的镁基大块非晶合金主要集中在含铜的Mg-Cu-RE(Y，Gd等)体系，这个体系的合金在载荷的作用下在弹性变形后没有明显的塑性，而是发生灾难性的脆断，这极大地限制了非晶合金作为工程材料的实际应用。而且，铜元素在含氯离子的溶液中，容易形成含铜氧化物而溶解，这使得含Cu的镁基非晶的腐蚀性能较差。另外，Mg-Cu-RE基镁基非晶的Mg含量都较低，低于70at.％元素，这使得Mg-Cu-RE基镁基非晶密度较高，弱化了其比强度的优点。现有研究表明，含镍的镁基非晶具有塑性且耐腐蚀较好，且Mg含量达到75.at％。但是Mg-Ni-RE基的非晶形成能力差，且塑性不高。

经对现有技术的文献检索发现，Men H等在《J.Mater.Research》(《材料研究杂志》，2003年18卷1502-1504页)发表了题为“Fabrication ofternary Mg-Cu-Gd bulk metallic glass with high glass-forming abilityunder air atmosphere”(“大气下制备具有高非晶形成能力的Mg-Cu-Gd三元大块金属玻璃”)的论文，提出在大气下利用普通铜模喷铸方法制备出直径为8mm的非晶合金圆棒，但该非晶合金在室温下即会发生由于结构驰豫导致的室温脆化，从而使得镁基非晶材料的机械性能明显下降，没有任何塑性；另一方面，此镁基大块非晶中含有的Cu元素使得镁基非晶材料的在含氯离子溶液中耐蚀性能大幅度降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Mg-Ni-(Gd，Nd)系大块非晶合金及其制备方法，使其解决Mg-Cu-RE基非晶合金塑性差、抗腐蚀能力差，以及Mg-Ni-RE基非晶形成能力低等不足，具有有良好塑性和高非晶形成能力以及高耐蚀性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的Mg-Ni-(Gd，Nd)系大块非晶合金，是Mg-Ni-(Gd，Nd)系大块非晶合金，包含体积分数50-100％的非晶相。该系合金的结构式为Mg₇₅Ni₁₅Gd_10-xNd_x，其中0＜x＜10，x为Nd元素的原子百分数。x＝5时，非晶合金有着最佳的综合性能。

所述Mg、Ni元素纯度大于99.9％，Gd、Nd元素纯度大于99％。

本发明所涉及的Mg-Ni-(Gd，Nd)系大块非晶合金的制备方法，包括以下步骤：

第一步，按照Mg₇₅Ni₁₅Gd_10-xNd_x(0＜x＜10)的比例准备镁、镍以及稀土钆和钕原料；

第二步，分别将第一步的原料钆和钕在电弧炉中反复熔炼四次提纯；

所述电弧炉气氛为钛吸附氧后的纯度大于99.99％的纯氩气氛，压力为0.5atm。

第三步，将第二步中得到的钆、钕，以及第一步的镍在电弧炉中混合熔炼，并采用磁搅拌使合金熔化均匀，冷却后得到三元镍-钆-钕合金铸锭；

所述电弧炉气氛为钛吸附氧后的氩纯度大于99.99％的纯氩气氛，气氛压力为0.5个大气压。

第四步，将第三步中得到的三元镍-钆-钕合金铸锭破碎成细小颗粒，与第一步的镁块一起混合，放入石墨坩埚由高频感应加热熔炼，熔炼中，感应炉功率逐渐将高频感应加热电流由10安培增加至12安培，实现对原料的缓慢加热，直至熔化，得到母合金锭。

所述熔炼，其过程维持在20分钟左右，前15分钟电流为10安培，后5分钟电流为12安培。

所述熔炼以及熔化在密封腔室中进行，使用石墨坩埚，气氛为纯度大于99.999％的纯氩气氛，气氛压力为1个大气压。

第五步，将上述母合金锭破碎后采用感应加热重新熔化，在非晶专用制备的喷铸系统内，经铜模喷铸制得Mg-Ni-(Gd，Nd)系大块非晶合金。

所述熔化在密封型腔进行，气氛为氩纯度大于99.99％的纯氩气氛，气氛压力为0.9个大气压。