[发明专利]一种提高合金非晶形成能力的反复熔化-凝固处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶合金的制备技术，具体为一种通过对合金熔体进行处理提高非晶形成能力的方法。

 

背景技术

与晶体合金相比，非晶合金具有很多独特的物理、化学、力学等性能，因而在半个世纪以来，不仅在研究领域受到广泛的重视，而且在实际应用领域也取得了长足的进步。比如，铁基的铁磁性的非晶合金、以及由铁基非晶合金经晶化处理形成的非晶基体/纳米晶颗粒双相合金（简称纳米晶合金），已经在电力、电子、电器等领域获得了相当广泛的应用。

非晶合金具有长程无序、短程有序的原子结构。通常的制备方法是合金熔体快速冷凝法，即：将合适成分的合金熔化成熔体，然后以一个超过该合金形成非晶所需的最低冷却速度（简称临界冷却速度），冷凝合金熔体而不发生晶化至室温，进而保留液态合金的长程无序、短程有序的原子结构，形成固体的非晶合金。

合金的玻璃形成能力（亦称非晶形成能力）是指合金熔体冷凝过程中， 不发生晶化而形成非晶合金固体的能力。在经典的熔体均质形核理论中，该玻璃形成能力的高低通常以约化玻璃转变温度（即玻璃转变温度与合金的液相线温度之比值）的高低来衡量。 高的约化玻璃转变温度对应着低的临界冷却速度， 或高的玻璃形成能力。通常，合金的组成与配比，决定了约化玻璃转变温度或非晶形成能力的高低。

由于利用熔体凝固法形成非晶合金通常需要高达每秒10万至100万度的冷却速度，非晶合金的尺寸（厚度）往往受到限制，一般在100微米以下。因此，有重要实际应用的非晶合金一般以薄带、薄片、细丝或粉末的形式制备出来，在很大程度上限制了非晶合金的发展与应用。通过添加多种金属、非金属或者稀土元素，可以提高合金的约化玻璃转变温度或非晶形成能力，制备成毫米量级甚至厘米量级厚度的包括铁基合金在内的多种块状非晶合金。但是，大量元素的添加，不仅提高了合金的成本，而且有时会显著降低合金的关键性能。比如，对铁基非晶合金而言，饱和磁化强度和居里温度这两大关键磁性性能往往会显著下降，不利于非晶合金的实际使用。

对具有确定的组成和配比的合金，一般只能通过改善凝固条件而促进非晶的形成。公开专利CN 1300863A提供了一种利用气压差将Zr基母合金熔体高速瞬时铸入铜模中的制备方法，利用提高的冷却速度提高非晶形成能力。公开专利CN 101850403A提出通过提高熔体的过热温度而改善Al基合金的非晶形成能力。公开专利CN 102021501A提出通过提高浇铸模具的预热温度而增强Zr基合金的非晶形成能力。公开专利CN 102489676A提出通过对合金熔体进行超声波处理而提高合金的非晶形成能力。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对合金熔体进行反复的熔化-凝固处理提高合金非晶形成能力的方法，该方法简单易操作、成本低，能大幅度降低合金的临界冷却速率，进而显著提高合金的非晶形成能力。 

本发明的技术方案是：一种通过对合金进行反复的熔化-凝固处理提高合金非晶形成能力的方法，其技术特点是将母合金和熔剂混合，真空环境下加热至母合金液相线温度之上50-600 ^oC过热温度进行熔化，保温1-20分钟，冷却至母合金玻璃转变温度之下50-300 ^oC冷却温度凝固；重复上述熔化-凝固处理步骤3-10次，再加热至母合金液相线温度之上50-600 ^oC过热温度进行熔化，合金熔体最终冷却至室温形成固态的非晶合金。

进一步地，所述母合金为Pd基、Pt基、Ag基、Au基、Fe基、Co基、Cu基、Ni基、FeNi基、FeCo基合金中任意一种。

进一步地，所述熔剂为NaCl、KCl、Na₂B₄O₇、Na₂O.CaO.6SiO₂、B₂O₃中的一种或多种混合物。

再进一步地，所述的合金熔体最终冷却方式为炉冷、空冷、水冷、铜模冷却、旋转铜辊冷却中一种。