CN101497973B - 一种镥基块体非晶合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镥基块体非晶合金，是以镥为主要成分，且包含至少50％体积百分比非晶相，其组成如式I所示，其中：X为锆或/和钇，20≤a≤60，0≤b＜30，20≤c＜30，10≤d＜30，且a+b+c+d＝100。该合金的制备是在钛吸附氩气氛的电弧炉中，按所需要的原子配比将上述组份中各组份熔炼得到母合金铸锭；再使用常规的金属型铸造法，将此母合金铸锭重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将熔体吸入水冷铜模而得。本发明的镥基块体非晶合金的抑制结晶能力强，易于形成大尺寸的非晶合金；而且其制备简单，成本较低。Lu aX bAl cCo d(式I)

Description

一种镥基块体非晶合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金，具体地说是涉及一种以重稀土元素镥(Lu)为主要成分，添加了适量合金元素，且包含至少50％的非晶相(体积百分比)的镥基块体非晶合金。
背景技术
金属玻璃是具有很好应用前景的新型金属合金。它具有许多优异的性能，如极高的强度(接近理论强度)；良好的弹性(弹性极限约2％，而一般晶态金属为0.2％左右)；良好的抗腐蚀、抗辐照能力，高耐磨性能，以及在过冷液相区内优异的加工能力等。
金属玻璃的制备和形成能力一直是科研人员和工程技术人员研究和关注的热点问题。对于块体金属玻璃，不同成分的体系都具有一特定临界冷去速率。临界冷却速率越低，玻璃形成能力越好，越容易制备。
非晶合金加热到玻璃化转变温度(Tg)以上，晶化温度(Tx)以下，存在一个发生软化但不晶化的温度区，称为过冷液相区(SLR)。一般用ΔT＝Tx-Tg大小表征过冷液相区。过冷液相区对于非晶金属的加工成型有重要意义。过冷液相区越宽，超塑性加工能力越强。对于具有良好的形成能力的非晶合金，其过冷液相区越宽越好。影响非晶合金抵抗晶化的能力主要因素是合金的成分体系和元素配比。
虽然目前人们已经研究和开发了若干系列块体非晶合金，但其成分体系仍然有限。为了扩大块体金属玻璃的应用，应该继续探索具有优异玻璃形成能力和具有宽过冷液相区的块体非晶合金。
近年来稀土基块体非晶合金，因其丰富的物理、化学特性受到了广泛关注，以Ce、La、Pr、Gd、Dy、Ho、Er等为主要成分的非晶合金相继被制备成功。
另外稀土作为重要的战略资源，由于其独特的光、电和磁性能，在医学、农业、冶金、化工、石油、环保及新材料等领域有广泛的应用。而且，我国稀土资源丰富，探明总储存量居世界首位。发展稀土基块状非晶合金既具有广阔的潜在应用前景又有利于我国提高知识产权的自主创新能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高玻璃形成能力、抑制结晶能力强、可以在很低的冷却速率下制得更大尺寸的、以稀土元素镥为主要元素的镥基块体非晶合金。
本发明的另一目的在于提供一种所述镥基块体非晶合金的制备方法。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：
本发明提供一种镥基块体非晶合金，是以镥为主要成分，添加其它合金元素，其组成如式I所示：
LuaXbAlcCod    (式I)
其中：(1)X为：锆(Zr)、钇(Y)或这两种元素的组合；
(2)下标代表原子比(摩尔比)，其中20≤a≤60，0≤b＜30，20≤c＜30，10≤d＜30，且a+b+c+d＝100。
以上所述各种元素的纯度不低于99.5wt％(重量百分比)。
所述的镥基块体非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相，尺寸在各个维度不小于1毫米。
本发明提供一种上述镥基块体非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
1)将锆或/和钇、镥、铝以及钴按前述式I的组成所需要的原子配比配料，在钛吸附的氩气氛的电弧炉中，将该材料反复熔炼使其均匀，冷却后得到母合金铸锭；
2)使用常规的金属型铸造法，将步骤1)制得的母合金铸锭敲碎，在电弧炉中重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将母合金的熔体吸入水冷铜模，得到所需的镥基块体非晶合金LuaXbAlcCod。
本发明提供的镥基块体非晶合金具有高玻璃形成能力，其晶化温度在750右，玻璃转变温度在660K至710K之间，过冷液相区的宽度在60～90K之间。
与现用技术相比，本发明提供的镥基块体非晶合金优益之处在于：
1、本发明的镥基块体非晶合金的临界冷却速率低，冷却速率(Rc)可以达到102K/s的数量级，抑制结晶能力强，易于形成大尺寸的非晶合金，其尺寸在各个维度不小于1毫米，临界直径尺寸不小于1.5mm；
2、本发明的镥基块体非晶合金系具有较宽的过冷液相区(SLR)，一般在60-90K之间，其中实施例1中的Lu39Y16Al25Co20的过冷液相区宽度为82K。
3、我国稀土资源丰富，稀土镥(Lu)储量居世界前列，镥基非晶合金是一种合于我国资源特点的块体非晶体系。
附图说明
图1为本发明实施例1 Lu39Y16Al25Co20非晶合金的X射线衍射分析谱，其直径分别为3和5毫米；
图2为本发明实施例1-5的非晶合金的DSC曲线图；
图3为本发明实施例1-4的非晶合金的DTA曲线图。
具体实施方式
实施例1、Lu39Y16Al25Co20块体非晶合金的制备
使用纯度为99.9％以上的摩尔量比为39∶16∶25∶20的Lu、Y、Al及Co制备镥基块体非晶合金，首先将四种组分按比例配好后在钛吸附的氩气氛的电弧炉中熔炼，混合均匀，冷却后得到Lu-Y-Al-Co四元合金的母合金铸锭；然后使用常规的金属型铸造方法，将此铸锭重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将母合金熔体吸入水冷铜模，得到成分为Lu39Y16Al25Co20，直径为3至5mm的块体非晶合金。
如图1所示的X射线衍射(XRD)证明该合金是完全的非晶态的。如图2所示的热分析(DSC)图，其玻璃化转变温度(Tg)，晶化开始温度(Tx)，过冷区间的宽度(ΔT＝Tx-Tg)分别为687，769和83K。此外，该合金还具有较高的约化玻璃温度(Trg)和玻璃化指数(γ)，它们分别为0.641和0.426。Trg和γ值通常可以用来判断非晶合金的玻璃形成能力，因此可知Lu39Y16Al25Co20非晶合金具有较大的玻璃形成能力。
实施例2～9
按实施例1的方法制备各种配比的镥基块体非晶合金，其组成和热物性参数列于表1。
表1、镥基块体非晶合金的组成和热物性参数
实施例 合金成分 Tg(K) Tx(K) Tm(K) Tl(K) ΔTg(K) Trg r
  1   Lu39Y16Al25Co20   687   769   1072   1117   82  0.641  0.426
  2   Lu55Al25Co20   701   781   1127   1167   80  0.622  0.418
  3   Lu45Y10Al25Co20   698   775   1093   1136   77  0.639  0.423
  4   Lu27.5Y27.5Al25Co20   673   756   1055   1090   83  0.638  0.429
  5   Lu40Zr15Al25Co20   728   793   1164   1206   65  0.625  0.410
  6   Lu60Al30Co10   714   797   1131   1173   83  0.609  0.422
  7   Lu25Y30Al20Co25   669   742   1044   1081   73  0.619  0.424
  8   Lu20Y20Zr5Al25Co20   671   745   1050   1089   74  0.616  0.423
  9   Lu30Y20Al20Co30   681   762   1063   1108   81  0.615  0.426
注：1)其中Trg＝Tg/Tm，γ＝Tx/(Tg+Tl)。
2)表中各成分样品测量时所用的加热速率为40K/min。
本发明提供的镥基块体非晶合金所要求的镥为工业用的原材料，其纯度为99.5％，我国是稀土大国，含镥的矿产资源丰富，发展镥基块体非晶合金非常适合于我国资源特点。由于镥元素具有特殊的电子结构，其化合物有奇特的物理、化学学性能，被用于制备特殊合金的掺杂材料、化学反应的催化剂、磁泡贮存器材料、能源电池技术以及荧光粉的激活剂等，而镥基非晶合金结构不同于晶体结构，因此具有潜在的应用前景。

Claims (3)

1.一种镥基块体非晶合金，其组成如式I所示：
LuaXbAlcCod           (式I)
其中：(1)X为锆或/和钇；
(2)下标代表原子比，其中20≤a≤60，0≤b＜30，20≤c＜30，10≤d＜30，且a+b+c+d＝100。
2.根据权利要求1所述的镥基块体非晶合金，其特征在于，所述的Lu、Al、Y和Co、Zr元素的纯度均不低于99.5wt％。
3.根据权利要求1所述的镥基块体非晶合金，其特征在于，所述的镥基块体非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相。
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