[发明专利]Cu-Zr-Nd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Cu-Zr-Nd大块非晶合金及其制备方法。

背景技术

与传统晶态合金材料相比，非晶合金材料在多项使用性能方面具有十分明显的优势，比如：优异的力学性能，良好的加工性能，优良的抗腐蚀性能以及优异的软磁、硬磁等物理性能。非晶合金的独特的原子结构决定了其优异性能，即原子的短程有序，长程无序结构。急冷法制备非晶合金，是将处于熔融状态的合金快速的冷却到玻璃转变温度以下，且该过程没有结晶发生，则获得非晶合金。该过程中所需的最小冷却速率是非晶形成的临界冷却速率，临界冷却速率越小，对应的合金的非晶形成能力越强，制备出的非晶临界尺寸也越大。如何研制出非晶形成能力更强的，热力学性能更稳定和力学性能更优异的大块非晶合金是研究人员亟待解决的问题。

Cu-Zr基大块非晶合金具有强非晶形成能力，良好的热稳定性能，优异的力学性以及低廉的成本。因此，具有巨大的应用价值和广泛的市场空间。2004年，Cu-Zr基块体非晶合金取得了突破性发展，Tang等（Chinese Physics Letters,2004,21:901）制备出直径为2mm的Cu-Zr二元体系块体非晶合金，但是尺寸和力学性能上一直难有突破。

有研究表明，Cu-Zr基三元体系的块体非晶合金尺寸上已经有所提高，例如A.Inoue等（Acta mater.2001,49:2645～2652）已制备出直径4mm的Cu-Zr-Ti非晶合金。

然而，经文献调研发现在Cu-Zr基三元体系块体非晶合金中，添加成分大多是Al、Ti等（Spcripta Materialia,2005,53:166）常规元素，尚未发现有稀土元素的添加。我国是稀土大国，资源十分丰富，且稀土元素具有独特的磁、电、热力学、力学等性能，通过掺杂稀土元素往往能够改善其多方面的性能。已经有大量文献报道，在Cu-Zr基三元体系之外的非晶合金中添加稀土元素能明显的提高其非晶形成能力,以及磁、热力学、力学等性能。

但是，以前的稀土元素添加方法有如下缺点：

由于以前稀土元素Nd是在Cu-Zr-Ti/Al三元合金基础上添加的，尺寸上不能得到提高。另外，所得合金的非晶形成能力、热稳定性能和力学性能均不高。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有强的非晶形成能力，良好的热稳定性和优异的力学性能的Cu-Zr-Nd大块非晶合金，以及该Cu-Zr-Nd大块非晶合金的制备方法。

本发明制成的Cu-Zr-Nd大块非晶合金由Cu、Zr和Nd元素组成，其特征在于：其中，Cu的原子百分比为45%～49.5%，Zr的原子百分比为45%～49.5%，Nd的原子百分比为1%～10%，Cu-Zr-Nd大块非晶合金的直径为3～10mm，长度为20～60mm。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方法：

本发明提供一种Cu-Zr-Nd大块非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照原子百分比为45%～49.5%：45%～49.5%：1%～10%分别将Cu、Zr和Nd置于电弧熔炼炉里；

（2）将电弧熔炼炉的真空度调为5.5×10^-5mbar，充入惰性气体，反复熔炼4～6次，每次磁力搅拌1～3min，得到母合金；

（3）将母合金置于真空吸铸模具中，加热母合金至熔融状态，冷却后得到Cu-Zr-Nd大块非晶合金。

另外，上述Cu-Zr-Nd大块非晶合金的制备方法中，惰性气体为Ar₂，电弧熔炼炉里的惰性气体压力为800mbar。

另外，上述Cu-Zr-Nd大块非晶合金的制备方法中，在进行上述熔炼时，电弧熔炼电流为200A～250A，熔炼时间为3～5min。

进一步，上述Cu-Zr-Nd大块非晶合金的制备方法中，在进行加热时，电弧加热电流为200A～250A。

发明的作用与效果

根据本发明的Cu-Zr-Nd大块非晶合金，因为采用添加了稀土元素，所以不仅非晶结构的尺寸有了很大的突破，而且力学性能也有很大的提高。

另外，本发明的Cu-Zr-Nd大块非晶合金的制备方法工艺简单，合成效率高，有利于工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例一的Cu-Zr-Nd大块非晶合金的XRD衍射图谱。

图2为本发明实施例一的Cu-Zr-Nd大块非晶合金的显微硬度与Nd原子含量的关系图。