專利名稱：一種高延韌性Pd－Cu－Si塊體非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非晶態(tài)金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及塊體非晶合金。該材料是一種具有高強(qiáng)度、高延韌性和很好耐蝕性能的非晶合金材料。
背景技術(shù)：
非晶合金(包括塊體非晶合金)是指原子排列不存在晶態(tài)材料那樣的長程有序周期性、而是呈無序密堆排列結(jié)構(gòu)的合金材料，因此非晶合金沒有晶態(tài)材料中的晶界、位錯(cuò)等缺陷，同時(shí)也沒有多數(shù)晶態(tài)材料所具有的各向異性現(xiàn)象，而呈各向同性特征。這種結(jié)構(gòu)特征使非晶合金材料具有很多優(yōu)異的力學(xué)和功能性能。但非晶合金需要在快速冷卻條件下獲得，大多數(shù)合金材料都需要在冷卻速度約為～106K/s的條件下才能獲得非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，因此多數(shù)非晶合金只能制備成薄帶(20-50μm厚)、薄膜和細(xì)粉，使非晶合金材料的應(yīng)用受到極大限制。因此開發(fā)具有較大的非晶形成能力、能制備出大尺寸的非晶合金系一直是研究人員追求的目標(biāo)。
在最近的10多年里，開發(fā)尺寸大于1mm的塊體非晶合金的研究取得了飛速的進(jìn)展，已在多個(gè)塊體非晶合金系，如ZrTiCuNiBe系、ZrAlCuNi系、FeCoCrMoCBY系、PdNiCuP系、CuZrAlAg系等等。目前中開發(fā)出的Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金中尺寸最大者已達(dá)72mm。非晶合金具有很高強(qiáng)度，但塑性變形量常常較小，壓縮變形量一般均小于1～2％。這使非晶合金材料的應(yīng)用受到限制。因此開發(fā)出具有較大塑性變形能力的新型塊體非晶合金或探索提高非晶合金延性的方法意義十分重大。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。最近，開發(fā)具有一定塑性變形能力的非晶合金的研究中取得了進(jìn)展，在Cu-Zr合金系、Pd-Si合金系、Pt-Ni-Cu-P合金系中已制備出具有較大塑性變形能力的塊體非晶合金。但根據(jù)文獻(xiàn)和專利檢索，迄今，尚未見公開報(bào)道存在具有較大塑性變形能力(一般指壓縮延性優(yōu)于～5-10％)的Pd-Cu-Si塊體非晶合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種具有高強(qiáng)度和高塑性變形能力的Pd-Cu-Si塊體非晶合金材料和其制備方法。
本發(fā)明所提出的非晶合金的特征在于，其特征在于，化學(xué)成分組成為Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％。
高延韌性Pd-Cu-Si塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，根據(jù)下述合金配比Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％進(jìn)行以下步驟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、Ni、Si和P原料熔煉成母合金錠；2)將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點(diǎn)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(diǎn)200度以上的條件下提純2小時(shí)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(diǎn)200度以上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(shí)，不產(chǎn)生氣泡，則可在繼續(xù)提純約1小時(shí)后結(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-Cu-Si塊體非晶合金。
所述第2)步將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點(diǎn)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(shí)間為2～10小時(shí)。
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)。
試驗(yàn)證明該材料具有約40-70％的壓縮塑性變形能力、約1500MPa的屈服強(qiáng)度、極佳的耐蝕性能。由于具有上述特殊的優(yōu)異性能，使該合金在眾多領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。


圖1為實(shí)施例1的產(chǎn)物尺寸圖；圖2為實(shí)施例1的產(chǎn)物Pd78.5Cu5.5Si16塊體非晶合金的壓縮應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖。
具體實(shí)施例方式
該合金的制備工藝采用玻璃包覆介質(zhì)(如B2O3玻璃包覆劑)提純工藝提純合金，然后采用空冷、水淬或其它快冷方法制備非晶合金材料。
該合金的組織結(jié)構(gòu)特征非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。其制備工藝過程如下
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、Cu和Si原料(大于99.5％)熔煉成母合金錠。
2)實(shí)施方式(1)采用石英管或合金熔煉用坩鍋為合金熔煉容器，將無水玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點(diǎn)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(diǎn)約200度以上的條件下提純2小時(shí)以上，使熔融態(tài)玻璃包覆介質(zhì)液體純凈、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(diǎn)200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，在提純約2-4小時(shí)后，若合金在凝固后再次升溫熔化時(shí)，不產(chǎn)生氣泡，則可在繼續(xù)提純約1小時(shí)后結(jié)束提純過程。
(4)可采用下述三種方法制備尺寸大于4-8mm的Pd-Cu-Si塊體非晶合金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(如水淬)或鑄入金屬模。
采用上述三種方法制備出大塊非晶合金實(shí)施例1高延性78.5at％Pd-5.5at％Cu-16at％Si塊體非晶合金Pd78.5Cu5.5Si16(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護(hù)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800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900度條件下提純2小時(shí)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5-6小時(shí)。在提純過程中降溫凝固約5次以上，并在再次熔化時(shí)沒有氣泡出現(xiàn)時(shí)再提純1小時(shí)即可。
(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的塊體非晶合金；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的塊體非晶合金或φ4mm非晶園棒(見圖1)；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化后水淬冷卻或鑄入銅模中得到約φ4mm以上的非晶園棒。
(5)制備的塊體非晶合金建具有高達(dá)40％的壓縮延性，工程屈服強(qiáng)度高于1500MPa。圖2為Pd78.5Cu5.5Si16塊體非晶合金的壓縮應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖。
實(shí)施例2高延性77.5at％Pd-6.0at％Cu-16.5at％Si塊體非晶合金Pd77.5Cu6Si16.5(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護(hù)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(shí)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，1150度在提純約8小時(shí)。在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時(shí)沒有氣泡出現(xiàn)。
(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8mm的塊體非晶合金；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的塊體非晶合金或φ4mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化后水淬冷卻或鑄入銅模中得到約φ4mm以上的非晶園棒。
(5)制備的塊體非晶合金具有高于60％的壓縮延性，屈服強(qiáng)度高于1600MPa。
實(shí)施例3高延性76.5at％Pd-7.0at％Cu-16.5at％Si塊體非晶合金Pd76.5Cu7Si16.5(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護(hù)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(shí)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，1150度在提純約8小時(shí)。在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時(shí)沒有氣泡出現(xiàn)。
(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的塊體非晶合金；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的塊體非晶合金或φ3mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化后水淬冷卻或鑄入銅模中得到約φ4mm以上的非晶園棒。
(5)制備的塊體非晶合金建具有高于40％的壓縮延性，屈服強(qiáng)度高于1600MPa。
實(shí)施例4高延性76.0at％Pd-7.0at％Cu-17.0at％Si塊體非晶合金Pd76Cu7Si17(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護(hù)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1050度條件下提純2小時(shí)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，1150度在提純約8小時(shí)。在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時(shí)沒有氣泡出現(xiàn)。
(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的塊體非晶合金；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的塊體非晶合金或φ3mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化后水淬冷卻或鑄入銅模中得到約φ4mm以上的非晶園棒。
(5)制備的塊體非晶合金建具有高于30％的壓縮延性，屈服強(qiáng)度高于1600MPa。
實(shí)施例5高延性79.0at％Pd-5.0at％Cu-16.0at％Si塊體非晶合金Pd79Cu5Si16(1)采用石英管為合金熔煉容器，在氬氣保護(hù)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800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(shí)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8小時(shí)。在提純過程中降溫凝固約5次，并在再次熔化時(shí)沒有氣泡出現(xiàn)。
(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的塊體非晶合金；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的塊體非晶合金或φ3mm非晶園棒；也可將提純后的合金再次真空條件下熔化后水淬冷卻或鑄入銅模中得到約φ4mm以上的非晶園棒。
(5)制備的塊體非晶合金建具有高于30％的壓縮延性，屈服強(qiáng)度高于1500MPa。
權(quán)利要求
1.一種高延韌性Pd-Cu-Si塊體非晶合金，其特征在于，化學(xué)成分組成為Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％。
2.一種高延韌性Pd-Cu-Si塊體非晶合金的制備方法，其特征在于，根據(jù)下述合金配比Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％進(jìn)行以下步驟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、Ni、Si和P原料熔煉成母合金錠；2)將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點(diǎn)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(diǎn)200度以上的條件下提純2小時(shí)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(diǎn)200度以上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(shí)，不產(chǎn)生氣泡，則可在繼續(xù)提純約1小時(shí)后結(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-Cu-Si塊體非晶合金。
3.如權(quán)利要求2所述的Pd-Cu-Si塊體非晶合金系的制備方法，其特征在于，所述第2)步將玻璃包覆介質(zhì)在高于熔點(diǎn)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Pd-Cu-Si塊體非晶合金系的制備方法，其特征在于，所述第4)步所述的合金的總的提純時(shí)間為2～10小時(shí)。
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Pd－Cu－Si塊體非晶合金及其制備方法發(fā)明屬于非晶態(tài)金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及塊體非晶合金。該合金的特征在于，化學(xué)成分組成為Pd75.5－79at％；Cu5－8at％；Si15－17at％。制備方法是采用采用玻璃包覆介質(zhì)提純工藝提純合金，然后采用空冷、水淬或其它快冷方法制備非晶合金材料。本發(fā)明制備得到的Pd－Cu－Si塊體非晶合金具有很高的壓縮塑性變形能力、屈服強(qiáng)度和極佳的耐蝕性能，在眾多領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B22D27/20GK101067190SQ20071011893
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者姚可夫 申請人:清華大學(xué)