專利名稱：一種高延韌性二元塊體非晶合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非晶態(tài)金屬材料領(lǐng)域。特別涉及塊體非晶合金，是一種具有高強度、高延韌性和很好耐蝕性能的非晶合金材料。
背景技術(shù)：
塊體非晶合金是最近10余年開發(fā)出的具有很多特殊優(yōu)異性能的新型合金材料，但具有高強度的塊體非晶合金材料的拉伸變形和壓縮變形量均小于約2％，使該類材料的應(yīng)用收到限制。開發(fā)出具有較大延性變形能力的新型塊體非晶合金意義十分重大。這將大大增加該合金材料的變形加工成型能力和應(yīng)用的安全性。目前壓縮性能優(yōu)于22％的非晶合金的尚未見公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種具有高強度和高塑性變形能力的新型塊體非晶合金材料。該材料具有約70-80％的壓縮塑性變形能力、約1200MPa的屈服強度、極佳的耐蝕性能和儲氫性能。由于該材料的具有上述特殊的優(yōu)異性能，使該合金在眾多領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明所提出的塊體非晶合金材料，其特征在于，其化學(xué)成分組成為Pd79-83at％；Si21-17at％。
該合金的制備方法，其特征在于，是采用玻璃包覆介質(zhì)(如B2O3玻璃包覆劑)提純工藝提純合金，然后進(jìn)一步冷卻制備得到所述二元快體非晶合金材料，含有以下步驟1)母合金熔煉采用真空合金熔煉方法將按合金成分配比的高純Pd和Si原料熔煉成母合金錠；2)將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點溫度的條件下熔化成液體；3)在真空條件下將玻璃包覆介質(zhì)在高于其熔點100度以上的條件下提純1小時以上，并且熔融態(tài)玻璃包覆介質(zhì)液體要達(dá)到純凈、沒有氣泡的狀態(tài)；4)在真空條件下將合金錠加入熔融玻璃包覆介質(zhì)中，將溫度升高至高于合金熔點100度的溫度條件下保溫提純，在提純過程中，多次將合金熔體冷卻直至凝固，并再次升溫至提純溫度，若合金在凝固后再次升溫熔化時，不產(chǎn)生氣泡，則可結(jié)束提純過程；5)將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體冷卻得到Pd基大塊非晶合金。
所述第2)步將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點溫度的條件下熔化成液體是在石英管或合金熔煉用坩鍋中進(jìn)行的。
所述第4)步所述的合金的總的提純時間為2～10小時。
所述第5)步所述的冷卻方法是將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起慢冷至室溫。
所述第5)步所述的冷卻方法是將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起水淬至室溫。
所述第5)步所述的冷卻方法是將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體先凝固，然后將提純的合金在真空條件下再次熔化后快速凝固或鑄入金屬模。
所述玻璃包覆介質(zhì)是無水玻璃包覆介質(zhì)。
實驗證明，采用本方法制備的塊體非晶合金材料，具有很高的壓縮塑性變形能力、屈服強度，以及較好的耐蝕性能和儲氫性能，達(dá)到了預(yù)期的目的。
具體實施例方式制備工藝過程如下1)母合金熔煉采用真空合金熔煉方法將按合金成分配比的高純Pd和Si原料(大于99.5％)熔煉成母合金錠。
2)實施方式(1)采用石英管或合金熔煉用坩鍋為合金熔煉容器，將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點溫度的條件下熔化成液體。
(2)在真空條件下將玻璃包覆介質(zhì)在高于其熔點100度以上的條件下提純1小時以上，且熔融態(tài)玻璃包覆介質(zhì)液體應(yīng)達(dá)到純凈、沒有氣泡的狀態(tài)。
(3)在真空條件下將合金錠加入熔融玻璃包覆介質(zhì)中，然后將溫度升高至約高于合金熔點100度的溫度條件下保溫提純。并且在提純過程中，數(shù)次將合金熔體冷卻直至凝固，然后再次升溫至提純溫度，若合金在凝固后再次升溫熔化時，不產(chǎn)生氣泡，則可結(jié)束提純過程。提純時間長短與可合金尺寸大小有關(guān)，合金尺寸較小時提純時間短一些，合金尺寸大一些時提純時間長一些。
(4)任意采用下述三種方法之一制備出尺寸大于約3mm的Pd基大塊非晶合金1>將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起慢冷至室溫。
2>將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起水淬至室溫。
3>將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體先凝固，然后將提純的合金在真空條件下再次熔化后快速凝固或鑄入金屬模。
實施例1制備高延性80at％Pd-20at％Si大塊非晶合金(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護條件下將按成分配制的合金原料熔化制備出母合金。
(2)將無水B2O3包覆介質(zhì)裝入石英管，在900度條件下熔化成液體。然后在真空條件下將包覆介質(zhì)在約1000度條件下提純1小時，使包覆介質(zhì)達(dá)到純凈、無氣泡狀態(tài)。
(3)在真空條件下將合金錠加入熔融包覆介質(zhì)中，約1200度提純，在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時沒有氣泡出現(xiàn)，總的提純時間約6小時(可根據(jù)合金尺寸大小適當(dāng)增減提純時間)。
(4)將處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起慢冷至室溫，可制備尺寸大于5mm的Pd基大塊非晶合金；將處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起水淬至室溫，可制備尺寸大于5mm的Pd基大塊非晶合金或φ3.6mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化并鑄入銅模中得到約φ4mm的非晶園棒。
(5)經(jīng)測試，制備的Pd基大塊非晶合金具有高于70％的壓縮延性，工程屈服強度高于1300MPa。
實施例2制備高延性81at％Pd-19at％Si大塊非晶合金(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護條件下將按成分配制的合金原料熔化制備出母合金。
(2)將無水B2O3包覆介質(zhì)裝入石英管，在900度條件下熔化成液體。然后在真空條件下將包覆介質(zhì)在約1000度條件下提純2小時，使包覆介質(zhì)達(dá)到純凈、無氣泡狀態(tài)。
(3)在真空條件下將合金錠加入熔融包覆介質(zhì)中，1150度在提純約8小時。在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時沒有氣泡出現(xiàn)(可根據(jù)合金尺寸大小適當(dāng)增減提純時間)。
(4)將處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起慢冷至室溫，可制備尺寸大于5mm的Pd基大塊非晶合金；將處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起水淬至室溫，可制備尺寸大于5mm的Pd基大塊非晶合金或φ3.6mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化并鑄入銅模中得到約φ4mm的非晶園棒。
(5)制備的Pd基大塊非晶合金建具有高于80％的壓縮延性，屈服強度高于1200Mpa。
實施例3高延性82at％Pd-18at％Si大塊非晶合金(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護條件下將按成分配制的合金原料熔化制備出母合金。
(2)將無水B2O3包覆介質(zhì)裝入石英管，在900度條件下熔化成液體。然后在真空條件下將包覆介質(zhì)在約1000度條件下提純2小時以上，使包覆介質(zhì)達(dá)到純凈、無氣泡狀態(tài)。
(3)在真空條件下將合金錠加入熔融包覆介質(zhì)中，1100度在提純約6小時。在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時沒有氣泡出現(xiàn)(可根據(jù)合金尺寸大小適當(dāng)增減提純時間)。
(4)將處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起慢冷至室溫，可制備尺寸大于5mm的Pd基大塊非晶合金；將處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起水淬至室溫，可制備尺寸大于5mm的Pd基大塊非晶合金或φ3mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化并鑄入銅模中得到約φ4mm的非晶園棒。
(5)制備的Pd基大塊非晶合金建具有高于75％的壓縮延性，屈服強度高于1200Mpa。
權(quán)利要求
1.一種高延韌性二元塊體非晶合金，其特征在于，其化學(xué)成分組成為Pd79-83at％Si21-17at％。
2.一種高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，是采用玻璃包覆介質(zhì)提純工藝提純合金，然后進(jìn)一步冷卻制備得到所述二元塊體非晶合金材料，含有以下步驟1)母合金熔煉采用真空合金熔煉方法將按合金成分配比的高純Pd和Si原料熔煉成母合金錠；2)將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點溫度的條件下熔化成液體；3)在真空條件下將玻璃包覆介質(zhì)在高于其熔點100度以上的條件下提純1小時以上，并且熔融態(tài)玻璃包覆介質(zhì)液體要達(dá)到純凈、沒有氣泡的狀態(tài)；4)在真空條件下將合金錠加入熔融玻璃包覆介質(zhì)中，將溫度升高至高于合金熔點100度的溫度條件下保溫提純，在提純過程中，多次將合金熔體冷卻直至凝固，并再次升溫至提純溫度，若合金在凝固后再次升溫熔化時，不產(chǎn)生氣泡，則提純過程結(jié)束；5)將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體冷卻得到Pd基大塊非晶合金。
3.如權(quán)利要求2所述的高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，所述第2)步將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點溫度的條件下熔化成液體是在石英管或合金熔煉用坩鍋中進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求2所述的高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，所述第4)步所述的合金的總的提純時間為2～10小時。
5.如權(quán)利要求2所述的高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，所述第5)步所述的冷卻方法是將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起慢冷至室溫。
6.如權(quán)利要求2所述的高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，所述第5)步所述的冷卻方法是將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體和周圍的包覆介質(zhì)一起水淬至室溫。
7.如權(quán)利要求2所述的高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，所述第5)步所述的冷卻方法是將提純后處于熔融狀態(tài)的合金熔體先凝固，然后將提純的合金在真空條件下再次熔化后快速凝固或鑄入金屬模。
8.如權(quán)利要求2所述的高延韌性二元塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，所述玻璃包覆介質(zhì)是無水玻璃包覆介質(zhì)。
全文摘要
一種高延韌性二元塊體非晶合金屬于非晶態(tài)金屬材料領(lǐng)域，特別涉及塊體非晶合金，是一種具有高強度、高延韌性和很好耐蝕性能的非晶合金材料。其特征在于，其化學(xué)成分組成為Pd79－83at％；Si21－17at％。其制備方法是采用玻璃包覆介質(zhì)提純工藝提純合金，然后進(jìn)一步冷卻制備得到所述二元快體非晶合金材料。該材料具有約70－80％的壓縮塑性變形能力、約1200MPa的屈服強度、極佳的耐蝕性能和儲氫性能，在眾多領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號B22D11/113GK1814849SQ20061001142
公開日2006年8月9日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者姚可夫 申請人:清華大學(xué)