[发明专利]一种锶基块体金属玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于凝聚态物理和材料科学领域，具体地说，是涉及非晶态金属和合金，特别是涉及一种锶基块体金属玻璃，及其制备方法。

背景技术

金属玻璃，也称非晶合金，是20世纪60年代初才出现的材料。在20世纪90年代以前，一般需要采用至少10⁵K/s以上的冷却速度来冷却合金熔体，才能制备出厚度在几十到上百微米的薄带状金属玻璃。最近十几年，对金属玻璃的研究获得了很大的进展，人们可以在多个合金体系获得毫米甚至厘米级尺寸的块状金属玻璃。研究发现，金属玻璃在多个方面具有其相应晶态合金所不具备的优异力学、化学与物理等特性，因而成为材料与物理学家及工业部门非常感兴趣的开发研究对象。块体金属玻璃的强度和硬度极高，如钴基块体金属玻璃的强度可达到5300MPa，铁基4300MPa，镁基约1000MPa，远高于传统的晶态合金(超级钢的强度也仅在1500MPa左右)。块体金属玻璃的弹性模量很低，弹性极限很大(一般在2％左右)，加之强度很高，因而它们储存弹性能的能力非常强，可高达20MJ/m³，而常用的晶态合金仅能够储存小于7MJ/m³的弹性能。金属玻璃没有像晶体那样的位错、晶格缺陷、晶界、孪晶、层错等结构缺陷，这种化学结构的均一性使其具有良好的耐腐蚀性能，有望在耐蚀器具中得到应用。

块体金属玻璃除了优良的力学、化学与物理等性能外，还具有在过冷液体区间的独特加工性能。对于玻璃态物质(非晶态物质)而言，随着温度的升高，在玻璃化转变温度(T_g)就进入了粘流态的过冷液体区间，利用过冷液相区的粘流态特性，可以通过模锻和挤压等塑性成型技术将块体金属玻璃加工成精密零件。最近，用块体金属玻璃制作的手机外壳和微型齿轮等产品和零件已经问世。

大多数块体金属玻璃的T_g都很高，一般都在300～600℃的范围，对其在过冷液相区加工需消耗大量的能源，因此对低T_g点的块体金属玻璃的开发受到人们的关注。调制玻璃化转变温度在稀土铈基合金体系中首先获得了突破，它的T_g低于开水的温度，且具有很宽的过冷液相区，可以在沸水中轻易的进行拉伸、压缩、弯曲、压印等各种塑性变形。该材料可用于微纳米级的微塑性变形和微加工，是一种潜在的微纳米器件材料。这种新型的块体金属玻璃具有与塑料类似的可塑性，被称为非晶金属塑料。随后，低T_g的CaLi-，Yb-和Au-基块体金属玻璃也被开发出来，它们都具有优良的加工成型性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一系列具有更低T_g点且原材料价格低廉的锶基块体金属玻璃，这种大块非晶的样品直径可达1-5毫米，也可形成其他形状，如片状和柱状等。

本发明提供的锶基块体金属玻璃，其组成的化学式如下：

Sr_a(Yb_xCa_1-x)_bLi_cMg_dM_e

其中a，b，c，d，e，x为原子百分比，且：30≤a≤65，0≤b≤30，0≤c≤11，9≤d≤25，15≤e≤25，0≤x≤1且a+b+c+d+e＝100；元素M为选自Zn、Cu、Ga和Al四种元素中的一种或几种。

本发明的锶基块体金属玻璃至少包含50％体积百分比非晶相，这可以用计算热焓的方法算出。锶基块体金属玻璃允许含有少量的杂质，例如少量的氧可能会溶解在非晶合金中而不会发生显著的晶化，还可能含有其他的附带元素，但杂质的总量应少于5％(原子百分比)。

本发明提供一种上述锶基块体金属玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)将各种元素按照锶基块体金属玻璃组成的化学式：Sr_a(Yb_xCa_1-x)_bLi_cMg_dM_e配料，其中a，b，c，d，e，x为原子百分比，且：30≤a≤65，0≤b≤30，0≤c≤11，9≤d≤25，15≤e≤25，0≤x≤1且a+b+c+d+e＝100；元素M为选自Zn、Cu、Ga和Al四种元素中的一种或几种；

2)在感应炉中将上述配料在高温下融化并混合均匀，得到母合金；

3)利用感应炉的喷铸装置，将母合金的熔体吹入铜模，得到锶基块体金属玻璃。