專利名稱：：一種稀土基非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種非晶合金及其制備方法，更具體的是關(guān)于一種稀土基非晶合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：非晶合金具有像玻璃一樣的長程無序，短程有序的結(jié)構(gòu)特點，非晶合金與晶態(tài)合金相比，具有極高的強度、硬度、耐磨性、耐蝕性和高電阻性，而且還表現(xiàn)出優(yōu)良的超導性和低磁損耗等特點，因此，在IT電子、機械、化工等行業(yè)有7'一泛的應(yīng)用前景。稀土基非晶合金是將非晶合金原料在高溫下熔煉，然后采用銅模鑄造法等在過冷液相區(qū)內(nèi)快速凝固成型而得到的。CN1664155A公開了一種鈰基大塊非晶合金，該合金以鈰為主要成分，其組成可用如下公式來表示CeaAlbNicCudMe，其中50^^80，5SbS20，5^20，5化20，0<《10，且a+b+c+d+e=100。所述M為Sc、Nb、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Y、Zr、Mo、La、Pr、Nd或Hf。該發(fā)明提供的非晶合金改善了以往技術(shù)中非晶合金成本高、抗氧化性差以及彈性性能高的缺點。但是，該非晶合金的臨界尺寸最大為5mm，因此臨界尺、t仍然較小，無法作為制備大尺寸產(chǎn)品的非晶合金材料。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，稀土基非晶合金在強度以及非品形成能力上沒有良好的結(jié)合起來。非晶形成能力好的稀土基非品合金，強度往往很低；而強度高的非晶合金卻沒有良好的非晶形成能力，也就是說，強度較高，但是臨界尺、J-較小，無法形成大塊稀土基非品合金。這使得稀土基非品材料的應(yīng)用受
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中無法得到強度高、非晶形成能力強的稀土基非晶合金的缺點，提供一種強度高、非晶形成能力強的稀土基非晶合金及其制備方法。本發(fā)明提供了一種稀土基非晶合金，其中，該非晶合金的組成為ReaAlbMeNd，式中，Re為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd禾PAg中的一種或幾種，N為Y，Hf禾口Nb中的一種或幾種，30^1$70，5SbS40，15Sc$40，0.1Sc^10，且a+b+c+d=100;a、b、c、d為摩爾tl分數(shù)。本發(fā)明還提供了一種稀土基非晶合金的制備方法，該方法包括，在保護氣體下，將非晶合金原料進行熔煉并冷卻成型，其中，所述非晶合金原料按照通式ReaAlbMeNd的比例進行加入，式中，Re為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd禾nAg中的一種或幾種，N為Y，Hf禾口Nb中的一種或幾種，30^^70，5Sb^40，15^c<40，O.lSdSlO，且a+b+c+d=100;a、b、c、d為摩爾百分數(shù)。實驗證明，本發(fā)明制得的非晶合金具有優(yōu)良的抗彎強度以及硬度，而且具有良好的非晶形成能力，制得的非晶合金的臨界尺寸大。例如，本發(fā)明制得的非晶合金的臨界尺寸均在6mm以上，而現(xiàn)有技術(shù)制得的非晶合金的臨界尺寸均在5mm以下。圖1為實施例1-4以及對比例1-2制得的樣品的X射線粉末衍射圖。具體實施例方式木發(fā)明的稀土基非晶合金的組成為ReaAlbMcNd，式屮，Re為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd禾卩Ag中的一禾中或幾禾中，N為Y，Hf和Nb中的.種或幾種，30^^70，5^40，15^40，O.l化lO，且a+b+c+d=100;a、b、c、d為摩爾百分數(shù)。優(yōu)選情況下，所述RE為La與Ce、Pr和Nd中至少一種的混合物。其中，La與Ce、Pr和Nd的總量的摩爾比可以是任意比，La與Ce、Pr和Nd的總量的摩爾比優(yōu)選為0.5-3，更優(yōu)選為1-2。在上述優(yōu)選情況下，本發(fā)明制得的非晶合金具有更加優(yōu)良的抗彎強度以及硬度，而且具有良好的非晶形成能力，制得的非晶合金的臨界尺寸大。優(yōu)選情況下，60蘭a鄰，5^b<15，20^25，O.l化lO，且a+b+c+d=100。本發(fā)明的稀土基非晶合金的制備方法包括，在保護氣體下，將非晶合金原料進行熔煉并冷卻成型，其特征在于，所述非晶合金原料按照通式ReaAlbMeNd的比例進行加入，式中，Re為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd和Ag中的一種或幾種，N為Y，Hf和Nb中的一種或兒種，30SaS70，5三b三40，15^40，O.l化lO，且a+b+c+d=100;a、b、c、d為摩爾百分數(shù)。優(yōu)選情況下，所述RE為La與Ce、Pr和Nd中至少--種的混合物。其中，La與Ce、Pr和Nd的總量的摩爾比可以是任意比，La與Ce、Pr和Nd的總量的摩爾比優(yōu)選為0.5-3，更優(yōu)選為l-2。在上述優(yōu)選情況下，本發(fā)明制得的非晶合金具有更加優(yōu)良的抗彎強度以及硬度，而且具有良好的非晶形成能力，制得的非晶合金的臨界尺寸大。優(yōu)選情況下，60Sa鄰，5<b^l5，20^25，0.1^d<10，且a+b+c+d=100。所述熔煉的方法為本領(lǐng)域屮各種常規(guī)的熔煉方法，只要將非晶合金原料充分熔融即可，例如可以在電弧熔煉爐內(nèi)進行熔煉，熔煉溫度和熔煉時間隨著所非晶合金原材料的不同會有一些變化，本發(fā)明11—'，熔煉溫度優(yōu)選為800-1100°C，熔煉時間優(yōu)選為3-5分鐘。所述冷卻可以采用本領(lǐng)域中各種常規(guī)的冷卻方法，例如，水冷銅模冷卻或油冷銅模冷卻，冷卻的速率可以是10K/s以上，優(yōu)選為10-104K/s。對冷卻的程度沒有特別要求，只要能成型為本發(fā)明的非晶合金即可。由于本發(fā)明所添加的稀土成分在非晶合金形成過程中起到抗氧化等協(xié)同作用，使得非晶合金在制備過程中對原材料純度要求不高，所以本發(fā)明中，所用的各原料的純度為97-99.9體積％，進一步優(yōu)選為98-99.9體積％。另外，在制備過程中對保護氣體及其純度要求不高，保護氣體可以為元素周期表中第零族元素氣體或者N2、SF6中的一種或幾種，氣體的純度可以為98-99.9體積％;保護氣體中也可以含有02，CO,C02，H20，S02，NO，N02和H2氣體中的一種或兒種的雜質(zhì)氣體。含有少量的雜質(zhì)氣體對非晶合金的熔煉沒有影響，還可以降低熔煉時對保護氣體的要求。通常情況下，在保護氣體中，所述雜質(zhì)氣體的體積含量為1000-10000ppm。在非晶合金原料熔煉過程中，加入保護氣體的目的都是為了使合金原料在熔煉過程屮獲得保護，避免被氧化。下面通過實施例來詳細說明本發(fā)明。實施例1本實施例說明本發(fā)明提供的稀土基非晶合金及其制備方法。將200克非晶合金原料投入電弧熔煉爐內(nèi)(沈陽科學儀器廠)，將電弧熔煉爐抽真空，采用純度為98體積％的氬氣作為保護氣體(雜質(zhì)氣體的體積含量為2000ppm)，在100(TC條件下，熔煉5分鐘，使非晶合金原料充分熔融。所述非晶合金原料的組成為20摩爾％的La、10摩爾X的Ce、26摩爾X的A1、0摩爾X的Cu、15摩爾X的Ni、11摩爾％的0>、.1摩爾％的Fe禾卩7摩爾％的Nb。然后將熔融的合金樣品，以103K/s的冷卻速度進行水冷锏模冷卻，然后按照上述方法再次熔融并冷卻，澆注成尺寸為3mmX10mmX100mm的非晶合金樣品Al。元素分析表明，該非晶合金樣品Al的組成為La2。CeK)Al26Cu,oNi!5ConFe!Nb7。本實施例說明本發(fā)明提供的稀土基非晶合金及其制備方法。將200克非晶合金原料投入電弧熔煉爐內(nèi)(沈陽科學儀器廠)，將電弧熔煉爐抽真空，采用純度為98體積％的氬氣作為保護氣體(雜質(zhì)氣體的體積含量為2000ppm)，在90(TC條件下，熔煉4分鐘，使非晶合金原料充分熔融。所述非晶合金原料的組成為30摩爾X的La、30摩爾X的Pr、15摩爾%的八1、10摩爾X的Ge、10摩爾X的Zr、5摩爾X的Y。然后將熔融的合金樣品，以1()SK/s的冷卻速度進行水冷銅模冷卻，然后按照上述方法再次熔融并冷卻，澆注成尺寸為3mmX10mmX100mm的非晶合金樣品A2。元素分析表明，該非晶合金樣品A2的組成為La30Pr30Al15Ge10Zr10Y5o實施例3本實施例說明本發(fā)明提供的稀土基非晶合金及其制備方法。將200克非晶合金原料投入電弧熔煉爐內(nèi)(沈陽科學儀器廠)，將電弧熔煉爐抽真空，采用純度為98體積％的氬氣作為保護氣體(雜質(zhì)氣體的體積含量為2000ppm)，在100(TC條件下，熔煉5分鐘，使非晶合金原料充分熔融。所述非晶合金原料的組成為25摩爾X的La、25摩爾X的Ce、15摩爾X的Nd、8.9摩爾X的A1、10摩爾X的As、2摩爾X的Zn、2摩爾％的Co、l序爾X的Fe、1摩爾％的Y和0.1摩爾％的Nb。然后將熔融的合金樣品，以100K/s的冷卻速度進行水冷銅模冷卻，然后按照上述方法再次熔融并冷卻，澆注成尺寸為3mmX10mmX100mm的非晶合金樣品A3。元素分析表明，該非晶合金樣品A3的組成為La25Ce25Nd,5Al8.9As,oZn!2Co2Fe,Y]Nbo.,。實施例4本實施例說明本發(fā)明提供的稀土基非晶合金及其制備方法。將200克非晶合金原料投入電弧熔煉爐內(nèi)(沈陽科學儀器廠)，將電弧熔煉爐抽真空，采用純度為98體積％的氬氣作為保護氣體(雜質(zhì)氣體的體積含量為2000ppm)，在100(TC條件下，熔煉5分鐘，使非晶合金原料充分熔融。所述非晶合金原料的組成為40摩爾X的La、20摩爾X的Ce、15摩爾X的A1、10摩爾X的Cu、10摩爾X的Ni、3摩爾X的Co、1.5摩爾％的Fe和0.5摩爾X的Hf。然后將熔融的合金樣品，以1(^K/s的冷卻速度進行水冷銅模冷卻，然后按照上述方法再次熔融并冷卻，澆注成尺寸為3mmX10mmX100mm的非晶合金樣品A4。元素分析表明，該非晶合金樣品A4的組成為La4oCe2oAl)5Cu川Ni川Co3Fe!.5Hfo.5。對比例1將200克非晶合金原料投入電弧熔煉爐內(nèi)(沈陽科學儀器廠)，將電弧熔煉爐抽真空，采用純度為98體積％的氬氣作為保護氣體(雜質(zhì)氣體的體積含量為2000ppm)，在100(TC條件下，熔煉5分鐘，使非晶合金原料充分熔融。所述非晶合金原料的組成為65摩爾％的Ce、10摩爾X的A1、10摩爾X的Ni、10摩爾X的Cu、5摩爾X的Nb。然后將熔融的合金樣品，以103K/s的冷卻速度進行水冷銅模冷卻，然后按照上述方法再次熔融并冷卻，澆注成尺、-j'為3mmX10mmX100mm的非晶合金樣品Dl。元素分析表明，該非晶合金樣品Dl的組成為Ce65Al10Cu10Ni10Nb5。對比例2將200克非品合金原料投入電弧熔煉爐內(nèi)(沈陽科學儀器廠)，將電弧熔煉爐抽真空，采用純度為98體積％的氬氣作為保護氣體(雜質(zhì)氣體的體積含量為2000ppm)，在100(TC條件下，熔煉5分鐘，使非品合金原料充分熔融。所述非晶合金原料的組成為5摩爾X的La、57摩爾X的Ce、10摩爾X的A1、12.5摩爾X的Ni、15.5摩爾X的Cu。然后將熔融的合金樣品，以1(^K/s的冷卻速度進行水冷銅模冷卻，然后按照上述方法再次熔融并冷卻，澆注成尺寸為3mmX10mmX100mm的非晶合金樣品D2。元素分析表明，該非晶合金樣品D2的組成為La5Ce57Al10Cu15.5Ni12.5。實施例5本實施例說明本發(fā)明制得的非晶合金Al的性能。1、XRD分析將樣品Al在型號為D-MAX2200PC的X射線粉末衍射儀上進行XRD粉末衍射分析，以判定合金是否為非晶。X射線粉末衍射的條件包括以銅靶輻射，入射波長bl.54060A，加速電壓為40千伏，電流為20毫安，采用步進掃描，掃描步長為0.04。，結(jié)果如圖l所示。2、臨界尺寸測試將銅模屮形成的楔形的樣品Al從該楔形的角上以lmm的厚度進行切割，然后對切割該樣品Al形成的截面進行如上所述的XRD分析，測定結(jié)構(gòu)類型，若結(jié)構(gòu)類型為非品合金，則繼續(xù)切割，直至結(jié)構(gòu)類型不是非晶合金10為止，記錄切割總厚度，所述臨界尺寸即為該總厚度減去lmm后的厚度。結(jié)果如表1所示。3、抗彎強度測試按照GB/T14452-93的方法將實施例1得到的樣品Al在噸位為1噸的試驗機(新三思公司)上進行測試，跨距50毫米，加載速度為0.5毫米/分鐘，結(jié)果如表l所示。4、硬度測試通過維氏硬度實驗機(上海泰明光學儀器有限公司HVS-10Z)測定實施例1得到的樣品Al的硬度，其中，維氏硬度實驗機的壓頭為100g，加載時間為15秒，分別測定樣品上的不同的三個點的硬度，然后取平均值即為樣品Al的硬度。結(jié)果如表1所不。按照實施例5的方法對實施例2-4制得的樣品A2-A4進行性能測試。結(jié)果如圖1和表1所示。對比例3-4按照實施例5的方法對對比例1-2制得的樣品Dl和D2進行性能測試。結(jié)果如圖1和表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從圖1中的非晶合金樣品Al漫散峰A、非晶合金樣品A2漫散峰B、非晶合金樣品A3漫散峰C、非晶合金樣品A4漫散峰D、非晶合金樣品D1漫散峰E以及非晶合金樣品D2漫散峰F可以看出，本發(fā)明實施例1-4以及對比例1-2制得的樣品Al-A4以及Dl-2均為非晶態(tài)。從表1可以看出，本發(fā)明實施例1-4制得的非晶合金的臨界尺寸均在6mm以匕而對比例制得的非晶合金的臨界尺寸僅為4mm和5mm，而且本發(fā)明制得的非晶合金具有優(yōu)良的抗彎強度以及硬度。權(quán)利要求1、一種稀土基非晶合金，其特征在于，該非晶合金的組成為REaAlbMcNd，式中，RE為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd和Ag中的一種或幾種，N為Y、Hf和Nb中的一種或幾種，30≤a≤70，5≤b≤40，15≤c≤40，0.1≤d≤10，且a+b+c+d＝100；a、b、c、d為摩爾百分數(shù)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金，其中，RE為La與Ce、Pr和Nd中至少一種的混合物。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的合金，其中，La與Ce、Pr和Nd的總量的摩爾比為0.5-3。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金，其中，60SaS65，5SbSl5，20Sc$25，0.1化5，且a+b+c+d=100。5、一種稀土基非晶合金的制備方法，該方法包括，在保護氣體氣氛下，將非晶合金原料進行熔煉并冷卻成型，其特征在于，所述非晶合金原料按照通式ReaAlbM。Nd的比例進行加入，式中，Re為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd禾BAg中的--禾中或兒禾中，N為Y，Hf禾口Nb中的一禾屮或幾禾中，30^a^70，5<b^40，15<c^40，O.HIO，且a+b+c+d=100;a、b、c、d為摩爾百分數(shù)。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，RE為La與Ce、Pr禾「lNd中至少一種的混合物。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，La與Ce、Pr和Nd的總量的摩爾比為0.5-3。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，60￡a《5，5Sb$15，20$"25，O.l化lO，且a+b+c+d=100。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述熔煉的條件包括熔煉溫度為800-110(TC，熔煉時間為3-5分鐘；所述冷卻成型時，冷卻速率為10K/s以上。10、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述保護氣體為元素周期表中零族元素氣體、NjPSF6中的一種或幾種。全文摘要本發(fā)明提供了一種稀土基非晶合金，其中，該非晶合金的組成為Re<sub>a</sub>Al<sub>b</sub>M<sub>c</sub>N<sub>d</sub>，式中，Re為La、Ce、Pr和Nd中的至少兩種，M為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Zr、Mo、Pd和Ag中的一種或幾種，N為Y、Hf和Nb中的一種或幾種，30≤a≤70，5≤b≤40，15≤c≤40，0.1≤d≤10，且a+b+c+d＝100；a、b、c、d為摩爾百分數(shù)。本發(fā)明還提供了該非晶合金的制備方法。本發(fā)明制得的非晶合金具有優(yōu)良的抗彎強度以及硬度，而且具有良好的非晶形成能力，制得的非晶合金的臨界尺寸大。文檔編號B22D25/00GK101423917SQ20071018207公開日2009年5月6日申請日期2007年10月31日優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日發(fā)明者昆盧,姜霖琳,清宮,張法亮申請人:比亞迪股份有限公司