[发明专利]一种低氧含量块体金属玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于块体金属结构材料制备技术领域，特别是一种低氧含量块体金属玻璃的制备方法。

背景技术

块体金属玻璃(Bulk metallic glass，简称BMG)具有优异的力学性能，良好的加工性能，优良的抗多种介质腐蚀的能力，优良的软磁、硬磁以及独特的膨胀特性等物理性能，在最近的十几年中，BMG取得了飞速的发展。室温脆性较大是限制块体金属玻璃应用的瓶颈之一。近年来，针对块体金属玻璃脆性的成因国内外都开展了研究，并取得了一些进展，提出了通过设计制备块体金属玻璃基复合材料等技术来改善其韧性的方法。从文献中来看，影响块体金属玻璃的塑韧性的因素很多，目前还未完全揭示。最近的研究发现，氧含量与块体金属玻璃的塑性、玻璃形成能力等具有密切的关系。例如，北京科技大学吕昭平等在研究不同氧含量块体金属玻璃Zr62Cu15.5Ni12.5Al10时发现，氧含量为3900ppm的块体金属玻璃在压缩条件下的塑性变形量为零，当氧含量降低至920ppm时，块体金属玻璃试样在压缩条件下具有显著的塑形变形量；新加坡国立大学李毅等在研究直径为2mm的不同氧含量块体金属玻璃Cu64Zr36时发现，只有当氧含量在一个相对比较低的区间内时才能获得全非晶态的样品。上述研究表明降低块体金属玻璃的氧含量是改善块体金属玻璃塑性的有效途径之一。

由于制备块体金属玻璃的原材料多为金属元素，易氧化，特别是镧基块体金属玻璃等体系中所使用的稀土元素更容易氧化，导致原材料的含氧量较高，因而，目前所制备的块体金属玻璃的氧含量都较高。如采用高纯合金元素，可一定程度上降低Zr等某些原材料中的氧含量，但如稀土元素、Al元素等易氧化元素的氧含量较高的问题仍然难以解决。同时，BMG的冶炼成型过程虽然是在真空下进行，但其中仍然存在少量的氧，在高温下，BMG熔体易于与冶炼气氛中的氧结合，因而导致制备的块体金属玻璃氧含量较高。

鉴于氧含量对塑性和玻璃形成能力等的影响作用，如何控制和降低块体金属玻璃的氧含量成为有重要应用价值的研究内容。目前国内外研究人员主要是通过改变某些原材料的氧含量的方法来获得不同氧含量的BMG，比如在制备锆基BMG时，使用海绵锆或者氧化锆来替代高纯锆，从而获得不同氧含量的锆基BMG；使用高纯锆来获得氧含量相对较低的BMG。由于所用金属原材料中的氧难以完全去除，以及冶炼成型多在含有微量氧的气氛中进行等原因，导致所制备的块体金属玻璃的氧含量较高，一般都在几千ppm以上。如果所有原材料都采用高纯金属元素及进一步提高冶炼成型过程的真空度，可以将氧含量进一步降低，但不可避免的带来了成本的急剧上升，其实际应用价值较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备低氧含量块体金属玻璃的方法，该方法显著降低了块体金属玻璃中的氧含量以及成本。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种低氧含量块体金属玻璃的制备方法，步骤如下： 

第一步，将原料金属按原子比例放在一起熔炼成母合金锭；

第二步，将母合金锭重熔，在熔点附近通入氢气，保温，进行去氧处理；

第三步，随炉降温过程中再次通入氢气，使母合金锭吸收氢；

第四步，在还原性坩埚中再重熔，保温，淬火制备成型得到块体金属玻璃。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1通过本发明可以使所获得的BMG中的含氧量得到了显著的降低。2、由于BMG中氧含量的显著降低，从而可以提高BMG的玻璃形成能力。3、通过本发明可以增加BMG的塑性，从而拓宽了BMG材料应用的选择空间，同时也为其它脆性材料的韧化提供新的思路。4、通过本发明可以大大降低原材料的成本，具有巨大的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明的技术路线流程图。

图2是未采用去氧处理和采用去氧处理制备出的BMG材料的XRD图样。

图3是未采用去氧处理和采用去氧处理制备出的BMG材料的DSC曲线。

图4是未采用去氧处理和采用去氧处理制备出的BMG材料力学性能对比图。实验条件为：样品为?3×6mm柱状试样，实验温度为室温（25度），压缩应变速率为5×10-4s-1 。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明低氧含量块体金属玻璃的制备方法，步骤如下：

第一步，将原料金属按原子比例放在一起熔炼成母合金锭；

第二步，将母合金锭重熔，在熔点附近通入氢气，保温10~30min，进行去氧处理；