[发明专利]一种低熔点的镓基共晶液态合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低熔点的镓基共晶液态合金及其制备方法。该镓基共晶液态合金，以原子分数计，包括以下组分：(100‑m)％(Gasubgt;74.2/subgt;Insubgt;13.9/subgt;Snsubgt;7.1/subgt;Znsubgt;4.8/subgt;)+m％X；其中，X选自①Cd；②Cd和Mg；中的任意一种；m＝1～10；该镓基共晶液态合金的熔点为6.3～6.9℃。本发明在母体合金的基础上结合共晶相图选取添加元素并确认元素的含量以降低镓基液态合金的熔点，在经典三元共晶合金Gasubgt;77.2/subgt;Insubgt;14.4/subgt;Snsubgt;8.4/subgt;(at％)的基础上，结合共晶相图理论，得到四元合金Gasubgt;74.2/subgt;Insubgt;13.9/subgt;Snsubgt;7.1/subgt;Znsubgt;4.8/subgt;(at％)，并进一步得到五元共晶合金和六元共晶合金。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种低熔点的镓基共晶液态合金及其制备方法。

背景技术

室温液态金属指的是熔点在室温或者接近室温的金属及其合金，其在常温下为液态，镓基液态金属尤其是镓和其共晶合金，其在室温下(25℃)具有低粘度的流动性以及优越的导热性和导电性，其在仿生学、化学、生物医学、电化学以及材料科学等领域已成为一门热门研究课题。更重要的是，由于镓基液态合金具有无毒，室温下蒸气压低和表面易形成功能性氧化层的能力，这使得其在柔性和可拉伸电子、直接书写、3D打印、催化剂、驱动器、微流体、可重构器件以及芯片冷却等领域有巨大的应用前景。

镓基液态合金在实际应用中正在发挥着越来越重要的作用，随着研究的不断深入，其有望引发学术界和工业界的根本性革命，但是当前在同时考虑成本、安全以及功能性的前提下所获得的液态金属种类十分有限，而大部分科研人员主要集中于液态金属材料的开发与应用领域，针对其基本物理参数的研究却十分匮乏，熔点作为研究表面张力以及物相平衡的基础，是探究液态金属应用的关键物理参量，如何提出科学有效地设计多元液态金属合金共晶的方法迫在眉睫。

针对镓基液态金属及其合金，研究更多的是二元共晶合金Ga_85.8In_14.2(at％)和三元共晶合金Ga_77.2In_14.4Sn_8.4(at％)，而四元及以上合金由于成分复杂，热力学计算难度大等因素导致很少研究。文献(A.V,Parmuzina,and,et al.Activation of aluminium metalto evolve hydrogen from water-ScienceDirect[J].International Journal ofHydrogen Energy,2008,33(12):3073-3076.)提出四元合金成分Ga_69.5In_17.6Sn_6.8Zn_6.1(at％)，但是通过其DSC峰形来看，对称性不好，此比例非最佳四元合金的共晶比例。同时针对镓基多元合金，先前人们大部分是直接在三元合金的基础上，通过试错法添加一定百分比含量的元素来设计多元合金，文献(DoboszA,PlevachukY,Sklyarchuk V,et al.Liquidmetals in cooling systems:Experimental design of thermophysical properties ofeutectic Ga-Sn-Zn alloy with Pb additions[J].Journal ofMolecular Liquids,2019,281:542-548.)在三元共晶合金Ga_90.2Sn_6.6Zn_3.2的基础上，整体添加0.09、0.18、0.35、0.71(at％)含量的Pb来设计多元合金，这种方式会导致人工成本和实验成本很大，且效果不佳。

综合现有的文献和研究成果来看，四元及以上的镓基共晶合金人们研究较少，大部分采用的是试错法，导致人工成本和实验成本很大，且效果不佳。