[发明专利]一种利用工业级原料制备柱状铁基块体非晶态合金的石英管吹铸方法

说明书

技术领域

本发明属于块体非晶态合金制备技术领域，涉及一种以工业级原料制备柱状铁基块体非晶态合金的方法。

背景技术

非晶态合金的微观结构中原子不具备长程有序，故与传统的晶态合金材料相比，表现出许多优异的性能，如优异的机械性能和磁性能，极强的抗腐蚀性，以及特有的光电特性等等，这使得非晶态合金展现出广泛的应用前景。自上世纪60年代以来，一直是新型材料研究的热点之一。在过去的二十年里，经过众多学者的艰辛探索，块体非晶态合金的制备研究取得了许多重大的进展。大量具有较大玻璃化形成能力（GFA，Glass Formation Ability）的Pd基，Zr基，La基，Mg基，Cu基，Ti基和Fe基等多组元块体非晶态合金系统已被发现，它们的临界尺寸从几毫米至上百毫米不等。这些块体非晶态合金展现出许多优异的性能，成为目前材料研究中最活跃的领域之一，一些优秀的评论也对这方面的研究进行了总结，参阅2004年Mater. Sci. Eng. R第44卷第45-47页。

非晶研究者们在Fe基块体金属玻璃方向上做了大量工作，为其发展打下了坚实的基础。如Fe₄₁-(Co₇Cr₁₅Mo₁₄)-(C₁₅B6)-Y₂达到现今Fe-基块体金属玻璃的最大尺寸16mm，Fe₈₁Mo₁P_7.5C_5.5B₂Si₃ 达到现今块体金属玻璃最大的饱和磁化强度1.64T参阅2012年International Materials Reviews第0卷第1页。但是，之前所提到的这些成果全是基于高纯原料以及高真空条件，导致了非晶生产的高成本及低的生产效率。磁性非晶态合金的商业应用要求降低制备成本，因此，这方面的研究具有重要的应用价值。一些研究者尝试着使用工业级原料，以及在低真空的环境下制备Fe基金属玻璃，如Fe_66.7Mo_4.5Cr_2.3A_l2.0C_7.0Si_3.3B_5.5P_8.7 块体金属玻璃最大尺寸达6mm，参阅2007年，J. Mater. Res第22卷164页，而Fe_77.3C_5.9 Si_3.3B_4.8P_8.7块体金属玻璃具有1.47 T的饱和磁化强度，参阅2012年，Metallurgical and Materials Transtractions A第43卷第2615页。然而，现今报道用工业级原料制备出的Fe基块体金属玻璃全是多组元合金，四元以下的合金体系还未有人报道。本发明中，成功用工业级原料制备出少组元体系的Fe基块体金属玻璃。少组元体系的研究，对于非晶合金的成分优化、结构研究等，具有极其重要的理论意义。

1992年，Inoue等人用铜模铸造技术制备出临界尺寸达7 mm的Mg₆₅Cu₂₅Y₁₀块状非晶态合金样品。其主要由熔炼母合金的缸套与活塞，施加高压的水压机，耐高压的铸造铜模，以及能够在浇注之前迅速除去坩埚和铜模中气体的抽气系统组成。通过铜模的快速传递热量，来提高其冷却速度。参阅1992年Mater. Trans. JIM第33卷第938页。Inoue等人发明的铜模铸造技术是目前国际上制备块体非晶态合金的主流方法。然而，这种方法存在一些弊端，该技术中使用的容器是铜模，虽然铜有大的热传导系数，使样品获得较大的冷速，但晶态的铜会成为潜在的非均匀形核位置，这对于非晶态合金的制备是不利的，在铜模铸造技术中，结晶经常从熔融合金与铜模接触的地方开始，就印证了这一点。

发明内容

本发明目的在于以含有大量杂质的工业级铸铁、铁-磷合金以及商业级纯铁为原料，结合氧化物包覆净化技术，提供一种特制石英试管中吹铸合金熔后水淬法快速冷却来制备柱状铁基块体非晶态合金的方法。

本发明是这样实现的，利用工业级原料制备柱状铁基块体非晶态合金的方法，包括如下步骤。

(1) 设定铁基块体非晶态合金成分：利用精密天平，按照设定的合金成分正确称量组成合金的元素。