CN104862570B - 镓基液态合金感温液、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镓基液态合金感温液，属于新型材料领域。由如下组分及质量百分比组成:镓52‑68%、铟7‑12%、铜0.5‑2%、锌7‑20%、铝0.3‑1.2%、锡8‑18%。其能在低温环境中能够稳定地保持液态，并具备优异的流动性和热导率，确保使用本镓基液态合金的器件在较低的环境温度下能够保持和正常工作；其熔点不高于2 ^oC，优于目前市场上的镓基液态合金。本发明还提供了上述镓基液态合金感温液的制备方法及应用。

Description

镓基液态合金感温液、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种液态合金材料，具体讲是一种镓基液态合金感温液、制备方法及其应用，属于新型材料领域。

背景技术

2013年1月19日包括中国在内的超过140个国家经过多轮的谈判达成《国际防治汞污染公约》将在全球范围内监控和限制含汞产品的生产和贸易，以减少汞污染对环境的破坏和对人类健康的影响。按公约规定各国将于2020年前逐步淘汰含汞的温度计、血压计的生产和使用。因此，选择使用绿色环保的低熔点合金替代水银作为温度计感温液迫在眉睫，开发优质的室温液态合金替代体温温度计中的汞，具有十分重要的环保和商业价值。

镓铟锡合金具有低于室温的熔化温度，研究人员在此基础上不断的优化，比如进一步降低熔化温度，降低氧化敏感度，开发出了一系列多元合金体系，用于替代水银温度计中的水银感温液。此外，使用镓基室温液态合金作为热传导介质的科技报道也有很多，主要应用在尖端制冷领域等。

目前市场上应用的镓铟锡合金的熔化温度整体偏高，一般为10ºC左右，一旦使用镓铟锡三元合金的器件所处的环境温度过低，镓基液态合金容易发生凝固膨胀并导致温度计的损坏。此外，现有的镓铟锡合金配方中铟的含量较高，导致其生产成本居高不下，制约镓铟锡合金在无汞液态合金温度计及其他领域中的广泛使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种低熔点低、低成本的镓基液态合金感温液、制备方法及其应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供的镓基液态合金感温液，由如下组分及质量百分比组成: 镓52-68%、铟7-12%、铜0.5-2%、锌7-20%、铝0.3-1.2%、锡8-18%。

本发明还提供了上述的镓基液态合金感温液的制备方法，包括以下步骤：在真空环境保护下，将镓、铟、铜、锌、铝和锡熔炼成液态合金，熔炼温度为850ºC-1150ºC；然后在真空环境保护下自然冷却，制得镓基液态合金感温液。

作为优先，还包括在真空环境中加入惰性气体的步骤。

本发明还提供了上述镓基液态合金感温液在体温温度计和散热器上的应用。

本发明的有益效果在于：(1)、本发明镓基液态合金能在低温环境中能够稳定地保持液态，并具备优异的流动性和热导率，确保使用本镓基液态合金的器件在较低的环境温度下能够保持和正常工作；(2)、本发明液态合金的熔点在酒精-水混合溶液环境中测得，该液态合金的熔点不高于2 ^oC，优于目前市场上的镓基液态合金，且成本降低约20%，具有很好的市场潜力。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本例中镓基液态合金感温液配方及质量百分比为：镓61.7%、铟8.2%、铜0.7%、锌11.5%、铝0.4%和锡17.5%，上述各组分的纯度均在99.9%以上。

制备方法：将镓、铟、铜、锌、铝和锡按照上述比例称量配制，然后一起放入真空感应熔炼炉中，封闭炉门抽真空。抽至真空度为2*10^-3Pa，开始加热程序，加热温度900^oC，保温2分钟后，各金属完全熔化，继续加热一分钟左右，使合金熔体达到完全均匀化，然后关闭加热电源。合金熔体继续保存在真空环境下，随环境完全冷却后解除真空，得到并取出镓基液态合金。

镓基液态合金可用稀盐酸溶液进行封存，防止氧化。其在酒精-水混合溶液环境中测得该液态合金的熔点约为2 ^oC。

实施例2

本例中镓基液态合金感温液配方及质量百分比为：镓55.4%、铟13.1%、铜1.5%、锌16.2%、铝1.0%和锡12.8%，上述各组分的纯度均在99.9%以上。

制备方法：将镓、铟、铜、锌、铝和锡按照上述比例称量配制，然后一起放入真空感应熔炼炉中，封闭炉门抽真空。抽至真空度为3*10^-3Pa，开始加热程序，加热温度1050^oC，保温2分钟后，待各金属完全熔化，继续加热一分钟左右，使合金熔体达到完全均匀化，然后关闭加热电源。合金熔体继续保存在真空环境下，随环境完全冷却后才解除真空，得到并取出镓基液态合金。

镓基液态合金可用稀盐酸溶液进行封存，防止氧化。其在酒精-水混合溶液环境中测得该液态合金的熔点约为2 ^oC。

实施例3

本例中镓基液态合金感温液配方及质量百分比为：镓64.3%、铟10.2%、铜0.9%、锌8.3%、铝0.7%和锡15.6%，上述各组分的纯度均在99.9%以上。

制备方法：将镓、铟、铜、锌、铝和锡按照上述比例称量配制，然后一起放入真空感应熔炼炉中，封闭炉门抽真空。抽至真空度为2*10^-3Pa，然后加入高纯氩气至0.7个大气压。然后开始加热程序，加热温度1100^oC，保温2分钟后，各金属完全熔化，继续加热一分钟左右，使合金熔体达到完全均匀化，之后关闭加热电源。合金熔体继续保存在真空环境下，随环境完全冷却后解除真空，得到并取出镓基液态合金。

镓基液态合金可用稀盐酸溶液进行封存，防止氧化。在酒精-水混合溶液环境中测得该液态合金的熔点约为2 ^oC。

实施例4

本例中镓基液态合金感温液配方及质量百分比为：镓59.6%、铟7.9%、铜1.3%、锌18.1%、铝0.3%和锡12.8%，上述各组分的纯度均在99.9%以上。

制备方法：将镓、铟、铜、锌、铝和锡按照上述比例称量配制，然后一起放入真空感应熔炼炉中，封闭炉门抽真空。抽至真空度为2.5*10^-3Pa，开始加热程序，加热温度1000^oC，保温2分钟后，各金属完全熔化，继续加热一分钟左右，使合金熔体达到完全均匀化，然后关闭加热电源。合金熔体继续保存在真空环境下，随环境完全冷却后解除真空，得到并取出镓基液态合金。

镓基液态合金可用稀盐酸溶液进行封存，防止氧化。在酒精-水混合溶液环境中测得该液态合金的熔点约为2 ^oC。

实施例5

本例中镓基液态合金感温液配方及质量百分比为：镓67.5%、铟9.8%、铜0.7%、锌11.1%、铝1.0%和锡9.9%。

制备方法：将镓、铟、铜、锌、铝和锡按照上述比例称量配制，然后一起放入真空感应熔炼炉中，封闭炉门抽真空。抽至真空度为1.5*10^-3Pa，开始加热程序，加热温度1100^oC，保温2分钟后，各金属完全熔化，继续加热一分钟左右，使合金熔体达到完全均匀化，然后关闭加热电源。合金熔体继续保存在真空环境下，随环境完全冷却后解除真空，得到并取出镓基液态合金。

镓基液态合金可用稀盐酸溶液进行封存，防止氧化。在酒精-水混合溶液环境中测得该液态合金的熔点约为2^oC。

实施例1至5制备所得镓基液态合金可应用于无汞环保体温温度计的感温液、散热器降温液体以及太阳能存储、制冷等领域。

通常合金的熔点通常是取决于合金的配方，当合金存在共晶转变行为时，熔点是最低的。共晶合金的熔点低于组成合金的单质金属元素，比如镓铟共晶合金的熔点是15^oC，低于镓的29^oC和铟的151^oC。合金元素种类越多，共晶成分处的熔点就越低，因此本发明通过设计多元合金，引入多种价格低廉且熔点较低的金属元素，并通过反复实验寻找多元共晶成分范围，获得了低成本且符合低熔点性能的六元合金。在传统合金中铟含量一般达到20%左右，而铟价格为4000-5000元/kg，在整个合金体系中占据总成本的50%左右。本发明将铟含量降至10%左右，同时镓含量并不显著升高，从而使合金的成本降低20%以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种镓基液态合金感温液，其特征在于由如下组分及质量百分比组成: 镓52-68%、铟7-13%、铜0.5-2%、锌7-20%、铝0.3-1.2%、锡8-18%。

2.权利要求1所述的镓基液态合金感温液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在真空环境保护下，将镓、铟、铜、锌、铝和锡熔炼成液态合金，熔炼温度为850ºC-1150ºC；然后在真空环境保护下自然冷却，制得镓基液态合金感温液。

3.根据权利要求2所述的镓基液态合金感温液的制备方法，其特征在于：还包括在真空环境中加入惰性气体的步骤。

4.权利要求1所述的镓基液态合金感温液在体温温度计上的应用。

5.权利要求1所述的镓基液态合金感温液在散热器上的应用。