[发明专利]一种在非真空条件下熔炼非晶母合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶母合金的熔炼，采用覆盖渣技术实现非晶母合金的非真空气氛下的熔炼。属于冶金、材料成型与制备技术领域。

背景技术

非晶合金是指内部原子结构长程无序、短程有序排列的金属合金。非晶合金具有远远高于普通晶体金属材料的力学强度、耐蚀性、磁学性能以及一定温度下的超塑性，正是由于具有优良的特性，因而非晶合金有着极为广阔的应用前景，随着块体非晶合金体系的不断开发和制备工艺的改进，其在航空、航天、军事、汽车、化工、能源等诸多领域成为应用前景广泛的结构和功能材料，是材料理论及制备研究的重点。

目前非晶合金的制备有多种方法，如：真空冶炼-铜模吸铸法、粉末冶金法、真空电弧冶炼-熔体水淬法、压铸法、磁悬浮熔炼铜模冷却法等等。中国实用新型专利CN99250780.4介绍了真空气压铸造块体非晶合金装置，其利用气体压力将熔化的合金高速注入铜模，利用铜模吸热能力强的特点高速冷却合金形成块体非晶合金；中国实用新型专利CN200620081264.5介绍了一种高效率的制备大块非晶合金的热型连铸方法与装置，其将坩埚、导流与静置装置及铸型安装在真空容器内，合金在坩埚内熔化为液态，合金液在压块挤压下进入导流与静置容器进行保温和静置处理，继而充满铸型，启动牵引装置，液态合金即被连续不断的变为非晶杆。

以上设备的共同点是：均需要使用真空装置，熔炼合金时需要抽真空操作，而真空条件对成本及操作又会造成诸多限制，且不利于块体非晶规模化生产和推广应用。大块非晶合金之所以尚未在实际生产和生活中得到广泛的实际应用，一个十分重要原因是其制备技术水平未获得突破。这样不仅数量和尺寸大小受到极大限制，其生产成本也令人难以接受，只能用作科学研究方面的少量应用，距离实现大尺寸工业化生产和应用的要求相差很远。非晶的非真空条件下熔炼是非晶母合金熔体相关检测的前提之一，也是大块非晶合金获得大规模工业化应用的前提条件之一。若解决了非晶的大气下冶炼问题，那么非晶的工业化生产时代即将到来。

发明内容

本发明的目的在于提出一种采用覆盖渣技术的非晶母合金的熔炼方法，以实现块体非晶母合金的非真空冶炼。熔炼合金时，覆盖渣置于高温合金熔体之上，覆盖渣会在高温合金熔体表面形成一层连续的覆盖层，其既不与合金液发生化学反应又不相互溶解，使合金液与空气完全隔离，防止了合金液发生氧化、吸气等反应，其作用等同于现有的熔炼非晶母合金所需要创造的真空环境。

为实现以上目的，关键是要进行覆盖渣的选取，根据不同合金的熔化特性选取其适合的覆盖渣，具体的确定覆盖渣选择的基本原则为：①不和合金液发生相互作用，既不产生化学反应，也不相互溶解；②熔点应低于合金的熔点，这样在熔炼时起到覆盖的作用。③溶剂的比重与合金液的比重应有显著的差别，使溶剂容易上浮；④有良好的流动性，容易在合金液表面形成连续的覆盖层。

本发明的工艺方法为：

1、首先选择非晶体系，选取Zr、Cu、Al、Ni、Ti、Be、Nb、Co、La、Y中的2～7种元素按照如下原子百分比设计母合金(Zr＝30-70％、Cu＝5-50％、Al＝5-20％、Ni＝5-20％、Ti＝2-15％、Be＝5-25％、Nb＝2-15％、Co＝1-25％、La＝0-4％、Y＝0-5％)。

2、进行覆盖渣的设计，方法为：(a)物理化学性质的选择：用M代表母合金中的元素，选取活泼的金属元素Li，K，Na，Mg，Ca元素的卤化物(氯化物或氟化物)的2-5种按如下质量百分比配制成覆盖渣(LiX：0-20％、KX：0-20％、NaX：30-70％、CaX₂：30-70％、MgX₂：0-30％)，并用AX表示(X＝F^-或Cl^-)，则可以通过计算化学反应方程式(1)的吉布斯自由能来判断合金中元素是否与液态渣进行反应。

(AX)+[M]＝(MX)+[A]       (1)

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