[发明专利]采用脉冲电弧在晶态合金表面获得非晶层或晶态与非晶复合层的合金方法

说明书

技术领域

本发明属于金属加工技术领域，具体公开了一种通过脉冲电弧处理在晶态合金基体表面获得非晶层或晶态与非晶复合层的合金方法。

背景技术

电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。电弧是一种自持气体导电，其大多数载流子为一次电子发射所产生的电子。按电流种类可将电弧可分为直流电弧、交流电弧以及脉冲电弧三类。其中，脉冲电弧即以脉冲方式供给电流的电弧。

晶态合金是一类原子排列具有三维周期性结构特征的金属合金的总称。一般地，作为电解水中析氧阳极的合金材料为晶态合金体系。由于晶态合金电极在工作过程中存在过电位和塔菲尔斜率过高的问题，阳极的析氧催化活性往往较低。

而非晶合金(也称为金属玻璃)，作为一种新材料，是一类原子排列具有长程无序短程有序结构特征的金属合金的总称。这种结构特征使得非晶合金具有独特的催化性能。此外，非晶合金作为结构、功能材料在航空、航天、电子、机械、微机电、化工、军事等众多尖端领域有着极其重要的应用前景。

发明内容

为了提高电解水中阳极的析氧催化活性，本发明提出了一种采用脉冲电弧在晶态合金基体表面获得非晶层或晶态与非晶复合层的合金方法。其基本原理为脉冲电弧使晶态合金基体表面瞬间融化，随之在通过冷却介质和晶态合金基体的冷却下实现快速凝固，从而在晶态合金基体表面获得非晶层或晶态与非晶复合层。由于非晶合金的制备往往需要足够高的冷却速度，而本发明提供的制备非晶合金的新方法能够满足这一冷却速度要求。本发明对于扩大非晶合金的应用领域，特别是对于只要求表面形成一定厚度的非晶合金层的领域，如表面催化等领域，有着积极意义。在本发明中，选用的晶态合金是指具有一定非晶形成能力的合金，如铁基、钴基、镍基、锆基和钛基等非晶合金成分所对应的晶态合金。

本发明是一种采用脉冲电弧在晶态合金表面获得非晶层或晶态与非晶复合层的合金方法，包括有配料步骤、晶态合金熔炼步骤和表面原位处理步骤，其特征在于：

所述的晶态合金熔炼步骤选用电弧熔炼工艺；

熔炼真空度为8×10^-3Pa～3×10^-2Pa；

熔炼保护气氛为纯度为99.999％的高纯氩气；

熔炼温度1000℃～3000℃；

所述的表面原位处理步骤选用脉冲电弧工艺，特别为电火花线切割工艺；

脉冲宽度为4～120微秒；

脉冲间隙为4～15微秒；

工作电压为1～6档；

功率输出为1～6只，可据此调节峰值电流；

走丝速度为5m·s^-1；

进给速度为设备自动调节；

工作介质为浓度为3％的乳化液；

电极丝为直径为150微米的钼丝；

制得在在晶态合金基体表面获得具有非晶层或晶态与非晶复合层的非晶合金。

采用本发明的方法制得的产物能够加工成电解水的阳极析氧电极。

本发明方法的优点在于：

①提供了一种工艺简单、成本低廉的在晶态合金基体表面获得具有非晶层或晶态与非晶复合层的合金新方法。

②通过脉冲电弧表面原位处理将晶态合金基体表面制作成非晶合金相结构、或者晶态与非晶合金复合相的结构，能够提高电解水中的阳极的析氧催化活性。对于[(Fe_0.5Co_0.5)_0.75B_0.2Si_0.05]₉₆Nb₄,晶态合金，经过脉冲电弧表面原位处理后，析氧过电位从385mV降低到了324mV，塔菲尔斜率从39mV·dec^-1降低到了32mV·dec^-1。提高了其析氧催化活性。

附图说明

图1是经本发明脉冲电弧表面原位处理后获得的晶态合金基体的剖面示意图。

图1A是晶态合金基体的立体多面示意图。

图2是实施例1中经脉冲电弧表面原位处理后获得的具有晶态与非晶复合层[(Fe_0.5Co_0.5)_0.75B_0.2Si_0.05]₉₆Nb₄晶态合金表面的X射线衍射图谱。