[发明专利]一种铥基大块非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金，具体地说是涉及一种以重稀土元素铥(Tm)为主要成分，添加了适量合金元素，且包含至少50％的非晶相(体积百分比)的铥基大块非晶合金。

背景技术

通常，金属或合金从液态冷却下来时都会结晶形成晶体。现已发现某些金属或合金在冷却速率足够快，例如达到每秒钟10⁴～10⁶K的数量级时，在固化时会保持液态时的极端粘滞的状态，从而抑制晶化，得到非晶态的金属或合金。

为了获得如此高的冷却速率，只能将熔化的金属或合金喷到导热非常好的传导基底上，这样获得的非晶金属或合金的尺寸非常小。例如，将熔态合金喷射到高速旋转的铜辊上，得到薄带，或浇铸到冷基底中得到薄片和粉末等，其临界尺寸在微米数量级上。

非晶合金被重新加热到玻璃化转变温度(Tg)以上时，类似于氧化物玻璃，非晶合金在晶化前存在一个发生软化但不晶化的温度区，称为过冷液相区(SLR)。过冷液相区对于非晶金属的加工成型有重要意义。过冷液相区越宽，超塑性加工能力越强。对于具有良好的形成能力的非晶合金，其过冷液相区越宽越好。影响非晶合金抵抗晶化的能力主要因素是合金的成分体系和元素配比，同时也与合金从熔态冷却下来形成非晶的冷却速率有关。

我们期望抑制结晶的冷却速率足够低，和尽可能宽的过冷液相区，这样的大块非晶合金可以在不发生晶化的情况下，充分加热到玻璃转变温度以上进行加工，使其适合于工业用途。

近十年来块状非晶合金在制备及性能研究方面取得突破性进展。目前已能在较低的冷却速率下，通过普通工艺方法如金属模铸造、水淬、遏制非均匀形核、定向凝固、粉末冶金、喷铸成形、压实成型等制备多种合金体系的块状非晶合金。块状非晶合金由于其优异的力学性能、良好的加工性能、优良的化学活性和磁学性能，在民用及军事领域显示出广阔的应用前景。目前，人们不断在寻找高玻璃形成能力的新体系非晶合金，尤其是最近，人们开始关注稀土基非晶金属，特别是重稀土非晶合金。而稀土作为重要的战略资源，由于其独特的光、电和磁性能，在医学、农业、冶金、化工、石油、环保及新材料等领域有广泛的应用。另外，我国稀土资源丰富，探明总储存量居世界首位。发展稀土基块状非晶合金既具有广阔的潜在应用前景又有利于我国提高知识产权的自主创新能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高玻璃形成能力、抑制结晶能力强、可以在很低的冷却速率下制得更大尺寸的、以稀土元素铥为主要元素的铥基大块非晶合金。

本发明的另一目的在于提供一种所述铥基大块非晶合金的制备方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供一种铥基大块非晶合金，是以铥为主要成分，添加其它合金元素，其组成如式I所示：

Tm_aX_bAl_cCo_d    (式I)

其中：(1)X为：锆(Zr)、钇(Y)、镍(Ni)或这些元素的组合；

(2)下标代表原子比(摩尔比)，其中20≤a≤60，0≤b＜30，20≤c＜30，10≤d＜30，且a+b+c+d＝100。

以上所述各种元素的纯度不低于99.5％(重量百分比)。

所述的铥基大块非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相，尺寸在各个维度不小于1毫米。

本发明提供另一种铥基大块非晶合金，其为在Tm_aX_bAl_cCo_d基础上还添加了其他金属元素M，其组成如式II所示：

Tm_aX_bAl_cCo_dMe    (式II)

其中：(1)M为锡(Sn)、铜(Cu)、钛(Ti)或钒(V)；

(2)X为：锆(Zr)、钇(Y)、镍(Ni)或这些元素的组合；

(3)下标代表原子比(摩尔比)，其中20≤a≤60，0≤b≤30，20≤c≤30，10≤d≤30，0＜e≤5，且a+b+c+d+e＝100。

以上所述各种元素的纯度不低于99.5％(重量百分比)。

所述的铥基大块非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相，尺寸在各个维度不小于1毫米。

本发明提供一种上述铥基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

1)将各个金属组分按前述式I或式II的组成所需要的原子配比配料，在钛吸附的氩气氛的电弧炉中，将该材料反复熔炼使其均匀，冷却后得到母合金铸锭；