CN105586548B - 兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高性能非晶合金材料领域，具体涉及兼具高强度和高室温塑性的块体铁基非晶合金材料及其制备方法。所述制备方法首先以Fe、Fe3P、过渡族元素M和Fe2O3粉末为原料，经真空电弧熔融制备获得中间合金，然后将类金属C与所述中间合金混合，经真空电弧熔融制备获得母合金，将所述母合金进行除杂处理后放入J形石英管中进行淬火，制备获得圆棒状铁基非晶合金。利用本发明公开的方法可以制备获得兼具高强度和高室温塑性的新型块体铁基非晶合金材料。

Description

兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金及其制备方法
技术领域
本发明属于高性能非晶合金材料领域，具体涉及兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金及其制备方法。
背景技术
铁基非晶合金具有高的强度和硬度、优良的耐磨耐腐蚀性能以及比目前广泛应用的硅钢更加优异的软磁性能，且相对其他非晶合金生产成本更加低廉，是一种极具前途的新一代结构与功能材料。但是和许多具有高的室温压缩塑性的块体非晶态合金相比，铁基非晶合金室温塑性很小，达到弹性极限后，很快就发生灾难性脆断，这极大限制了其商业化应用进程。
目前，科研工作者主要通过调整成分以及制备工艺来改善块体铁基非晶合金的室温塑性。有研究表明块体铁基非晶合金的韧脆转变存在一个临界泊松比，当通过合理调整合金成分使其泊松比接近0.32时，块体铁基非晶合金会发生明显的塑性变形；之后有研究者通过调整块体铁基非晶合金中Mo、P及B的含量获得了0.34的泊松比，获得室温塑性为3.2％的Fe-Cr-Mo-P-C-B块体铁基非晶合金；除了成分调整，制备工艺也会对块体铁基非晶的塑性产生影响，研究者采用玻璃包覆提纯技术和水淬法，将Fe40Ni40P14B6的玻璃形成能力提高至1.6mm的同时，发现其具有良好的室温塑性，可以达到5.2％。
如上所述，尽管已经开展了一些研究，但对于如何通过合理的成分设计以及制备工艺来调控铁基非晶合金中杂质氧的含量，从而得到拥有良好力学性能的块体铁基非晶合金，还没有过相关的报道。而且杂质氧可能来自于工业原材料、生产环境或者是制备过程中的反应等多种途径，是大规模生产中影响材料性能的无法避免的重要影响因素，对铁基非晶来说尤其如此。因此，非常有必要深入研究工业生产中杂质氧对于块体铁基非晶合金强度及塑韧性的影响及其微观机理。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开了具有高强度和高室温塑性的块体铁基非晶合金及其制备方法，即通过真空电弧熔炼、除杂处理以及在J形石英管中进行淬火这三项组合的工艺，获得一系列兼具高强度和高塑性的新型块体铁基非晶合金材料；另外，本发明通过研究杂质元素氧对块体铁基非晶合金室温塑韧性的影响规律，发现氧含量的增加会导致块体铁基非晶合金室温塑韧性的降低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法，所述制备方法首先经真空电弧熔融制备获得中间合金，然后将碳与所述中间合金放入真空电弧炉中熔炼，制备获得母合金，将所述母合金进行除杂处理后放入J形石英管中进行淬火，制备获得块体铁基非晶合金。
进一步地，所述中间合金的制备以Fe、Fe3P、过渡族元素M和Fe2O3粉末为原料。
进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
(1)原料准备：以Fe、C、Fe3P、过渡族元素M和Fe2O3粉末为原料，将FeaCbPcMdOe中各元素的原子百分比换算成质量百分比，按照所述质量百分比分别称取上述原料；其中：0≤b≤10，0≤c≤15，0≤d≤20，0≤e≤1.5，a＝100-b-c-d-e；
(2)中间合金的制备：将步骤(1)称取的原料中的所述Fe、Fe3P、M和Fe2O3粉末放入真空电弧炉中，利用氩气对真空电弧炉进行清洗，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流100-150A，熔炼时间4-5分钟，完成一次熔炼后，待待炉体冷却，进行第二次熔炼，第二次熔炼的条件与第一次熔炼条件相同，按照第一次熔炼的条件重复熔炼至少3次，制备获得中间合金；
(3)母合金的制备
将步骤(1)称取的类金属C以及步骤(2)制备获得的所述中间合金一起放入真空电弧炉中，所述中间合金压到步骤(1)称取的类金属C的上面，利用氩气对真空电弧炉进行清洗，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流100-200A，熔炼时间4-5分钟，完成一次熔炼后，待待炉体冷却，进行第二次熔炼，第二次熔炼的条件与第一次熔炼条件相同，按照第一次熔炼的条件重复熔炼至少4次，制备获得母合金；
(4)母合金的除杂处理
将步骤(3)制备获得的所述母合金置于石英试管中，然后添加B2O3-CaO混合物，将所述母合金以及所述B2O3-CaO混合物混合均匀后进行加热提纯，得到提纯后母合金，所述加热提纯的条件为：加热提纯温度为1250℃，加热提纯时间至少为4小时，所述B2O3-CaO混合物是将无水B2O3和CaO以质量比3:1混合后得到；
(5)制取J形石英管
选取一外径15mm、壁厚1mm石英试管，将所述石英试管内注满氢氟酸和硝酸的混合酸液，浸泡15分钟后倒掉所述混合酸液并注满去离子水，将所述石英试管进行超声清洗，利用火枪的外焰均匀加热所述石英试管的底部，并不断旋转使其均匀受热至部分软化，然后迅速在空气中将所述石英管的底部拉成外径为1-3mm的细石英管并用火枪将所述细石英管的末端管口封住，获得J形石英管，所述J形石英管的一端外径为15mm，另一端外径是1-3mm；
(6)圆棒状铁基非晶合金的制备
把步骤(4)制备获得的所述提纯后母合金放入步骤(5)制备的所述J形石英试管中，首先抽真空至所述J形石英试管内的真空度为5-10Pa，用氩气冲洗所述J形石英管，上述抽真空及氩气冲洗J形石英试管的操作至少重复三次，然后向所述J形石英管中冲入氩气并控制所述J形石英管内的压力为0.7-1.0MPa，用高温炉对所述J形石英管进行加热，待所述提纯后母合金充分熔化，生成母合金熔液，迅速向J形石英管中通入氩气，控制在1-2s的时间范围内J形石英管内压力达到1.5×105Pa，保温30秒后立即将所述J形石英管放入质量分数为10％的氯化钠盐水溶液中，冷却后，在所述J形石英管的前端内形成的固状金属，即为所述块体铁基非晶合金。
进一步地，在步骤(1)中，所述过渡族元素M为Al、Cu、Ga、Co、Ni、Cr、Ti、V、Zr、Nb、Ta及Hf中的任意一种。
进一步地，在步骤(2)以及步骤(3)中，所述利用氩气对真空电弧炉进行清洗的方法具体为：首先抽真空至真空度为3.0×10-3Pa-3.5×10-3Pa，回充氩气至压力0.1MPa，然后再抽真空至真空度为7.5×10-4Pa-8.0×10-4Pa，再回充氩气至压力0.1MPa。
一种兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金，根据所述兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法制备获得，制备获得的所述块体铁基非晶合金的化学式为FeaCbPcMdOe，其中：0≤b≤10，0≤c≤15，0≤d≤20，0≤e≤1.5，a＝100-b-c-d-e，M为过渡族元素Al、Cu、Ga、Co、Ni、Cr、Ti、V、Zr、Nb、Ta及Hf中的任意一种。
进一步地，所述块体铁基非晶合金为圆柱状，直径为0.7mm-2.9mm。
本发明的有益技术效果：
(1)通过本发明公开的制备方法制备得到的块体铁基非晶合金具有高强度和优异的室温塑性，其铸态时压缩强度可达3000MPa以上，室温断裂塑性在5％以上，最高能达到17％，大大提高了目前铁基块体非晶合金的室温塑韧性。
(2)利用J形石英管制备铁基非晶合金的方法相比传统铜模吸铸方法而言，由于减少了熔体与铜模接触的非均匀形核效应，减少了纳米晶的形成，因此可以获得更大的室温塑韧性。
(3)本发明中提出的制备方法制备得到的块体铁基非晶合金为直径至少1mm的圆柱状全非晶棒材，最大的全非晶试棒直径可以达到2.9mm，经过X射线检测、SEM扫描电镜分析和电子衍射检测证实均为全非晶结构，且该合金系玻璃转变点为630-710K，结晶开始温度为650-730K。
(4)本发明提供的高性能块体铁基非晶合金材料在结构材料、精密机械、航空航天等领域中都具有广泛的应用前景。
(5)本发明通过研究杂质元素氧对块体铁基非晶合金室温塑韧性的影响规律，发现氧含量的增加会导致块体铁基非晶合金室温塑韧性的降低。
附图说明
图1为实施例1中制得的Fe65C6.5P11.5Ni17以及实施例2中制得的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02圆柱状铁基非晶合金的压缩应力-应变曲线；
图2为实施例1中制得的Fe65C6.5P11.5Ni17以及实施例2中制得的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02圆柱状铁基非晶合金的DSC测试曲线；
图3为实施例2中制得的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02圆柱状块体铁基非晶合金棒材的外观形貌；
图4为实施例2中制得的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02圆柱状铁基非晶合金压缩断裂后侧面形貌；
图5为实施例2中制得的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02圆柱状铁基非晶合金高分辨透射电镜的形貌。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法，所述制备方法首先经真空电弧熔融制备获得中间合金，然后将碳与所述中间合金放入真空电弧炉中熔炼，制备获得母合金，将所述母合金进行除杂处理后放入J形石英管中进行淬火，制备获得块体铁基非晶合金。其中，本发明在母合金的制备过程中，首先制备中间合金，然后再将类金属碳与所述中间合金一起放入真空电弧炉中熔炼，制备获得母合金，因为类金属碳的熔点很高，如直接与其他原材料混合，则很难熔化，而且其比较轻，在制备母合金的过程中，需要注意将中间合金压在碳上面，防止在进行熔炼时，电弧将C吹走。
本实施例以Fe65C6.5P11.5Ni17圆棒状非晶合金的制备为例：
制备方法具体包括以下步骤：
(1)原料准备
以纯度均高于99.9％的Fe、C、Fe3P以及Ni为原料，将Fe65C6.5P11.5Ni17中各元素的原子百分比换算成质量百分比，按照所述质量百分比分别称取上述原料；使用精确度为10-3克的电子天平称取原料，其中原料Fe2O3作为元素O的来源，通过添加不同含量的Fe2O3来引入不同含量的氧。
(2)中间合金的制备
将步骤(1)称取的原料中的所述Fe、Fe3P和Ni放入无电极损耗的真空电弧炉中，首先抽真空至真空度为3.0×10-3Pa，回充氩气至压力0.1MPa，然后再抽真空至真空度为7.5×10-4Pa，再回充氩气至压力0.1MPa，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流150A，熔炼时间5分钟，完成一次熔炼，待炉体冷却后根据第一次熔炼的条件进行第二次熔炼，至少重复熔炼3次，制备获得中间合金。
(3)Fe65C6.5P11.5Ni17母合金的制备
将步骤(1)称取的C以及步骤(2)制备获得的所述中间合金一起放入真空电弧炉中，由于原料C的密度小容易被电弧吹走，所以务必将所述中间合金放到步骤(1)称取的C的上面，利用氩气对真空电弧炉进行清洗，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流200A，熔炼时间5分钟，完成一次熔炼，待炉体冷却后根据第一次熔炼的条件进行第二次熔炼，至少重复熔炼4次，制备获得母合金。
(4)Fe65C6.5P11.5Ni17母合金的除杂处理
将步骤(3)制备获得的Fe65C6.5P11.5Ni17母合金置于石英试管中，然后添加B2O3-CaO混合物，将所述母合金以及所述B2O3-CaO混合物混合均匀后进行加热提纯，得到提纯后母合金，所述加热提纯的条件为：加热提纯温度为1250℃，加热提纯时间至少为4小时，所述B2O3-CaO混合物是将无水B2O3和CaO以质量比3:1混合后得到；加热提纯过程中，B2O3-CaO混合物熔融形成介质溶液，母合金被B2O3-CaO混合物熔融形成介质溶包裹，进行长时间的提纯，提纯后母合金的合金成分均匀且其中的杂质减少；同时上述除杂过程可以除去母合金中的少量氧，可以通过控制除杂过程以控制母合金中氧含量，进而可以研究氧含量对块体铁基非晶合金塑韧性的影响规律。
(5)制取J形石英管
选取一外径15mm、壁厚1mm石英试管，将所述石英试管内注满氢氟酸和硝酸的混合酸液，浸泡15分钟后倒掉所述混合酸液并注满去离子水，将所述石英试管进行超声清洗，利用火枪的外焰均匀加热所述石英试管的底部，并不断旋转使其均匀受热至部分软化，然后迅速在空气中将所述石英管的底部拉成外径为1-3mm的细石英管并用火枪将所述细管的末端管口封住，获得J形石英管，所述J形石英管的一端外径为15mm，另一端外径为1-3mm。
(6)Fe65C6.5P11.5Ni17棒状铁基非晶合金的制备
把步骤(4)制备获得的所述提纯后母合金放入步骤(5)制备的所述J形石英试管中，通过三通阀将J形石英管与机械泵接通后抽取真空，首先抽真空至所述J形石英试管内的真空度为5-10Pa，用氩气冲洗所述J形石英管，上述抽真空及氩气冲洗J形石英试管的操作至少重复两次，以确保J形石英管中的氧气绝大部分被排除，然后向所述J形石英管中冲入氩气并控制所述J形石英管内的压力为0.7-1.0MPa，用高温炉对所述J形石英管进行加热，加热温度1250℃(在该加热温度下，可以保证石英管内母合金的充分熔化，同时J形石英管不被熔化)，待所述提纯后母合金充分熔化，生成母合金熔液，迅速向J形石英管中通入氩气，控制在1-2s的时间范围内J形石英管内压力达到1.5×105Pa，母合金熔液受到氩气的冲压后便会进入试管前端细石英管部分，保温30秒后立即将所述J形石英管放入质量分数为10％的氯化钠盐水溶液中中，冷却后，在所述J形石英管的前端内形成的固状金属，为棒状，即获得Fe65C6.5P11.5Ni17棒状铁基非晶合金。与传统技术相比，本发明将母合金放入J形试管中进行淬火，具有以下两个优势：一、通过J形试管可以控制所要制备的非晶合金的直径；二、J形试管的细管一端的试管壁很薄，淬火时可以获得比较大的冷却速度从而保证其获得非晶状态。
将制得的棒状铁基非晶合金截取成φ1×2mm的圆柱状试棒，使用Instron力学性能试验机测量压缩性能，压缩速率为1×10-4s-1。实验测得其室温压缩断裂强度为3050MPa，塑性形变为17％，其压缩应力-应变曲线以及DSC测试曲线如图1、图2所示。
实施例2
Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02非晶棒材的制备
制备方法具体包括以下步骤：
(1)原料准备
以纯度均高于99.9％的Fe、C、Fe3P以及Ni为原料，将Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02中各元素的原子百分比换算成质量百分比，按照所述质量百分比分别称取上述原料；使用精确度为10-3克的电子天平称取原料，其中原料Fe2O3作为元素O的来源；
(2)中间合金的制备
将步骤(1)称取的原料中的所述Fe、Fe3P和Ni放入无电极损耗的真空电弧炉中，首先抽真空至真空度为3.0×10-3Pa，回充氩气至压力0.1MPa，然后再抽真空至真空度为7.5×10-4Pa，再回充氩气至压力0.1MPa，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流150A，熔炼时间5分钟，完成一次熔炼，待炉体冷却后根据第一次熔炼的条件进行第二次熔炼，至少重复熔炼3次，制备获得中间合金；
(3)Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02母合金的制备
将步骤(1)称取的C以及步骤(2)制备获得的所述中间合金一起放入真空电弧炉中，由于原料C的密度小容易被电弧吹走，所以务必将所述中间合金放到步骤(1)称取的C的上面，利用氩气对真空电弧炉进行清洗，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流200A，熔炼时间5分钟，完成一次熔炼，待炉体冷却后根据第一次熔炼的条件进行第二次熔炼，至少重复熔炼4次，制备获得母合金；
(4)Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02母合金的除杂处理
将步骤(3)制备获得的Fe65C6.5P11.5Ni17母合金置于石英试管中，然后添加B2O3-CaO混合物，将所述母合金以及所述B2O3-CaO混合物混合均匀后进行加热提纯，得到提纯后母合金，所述加热提纯的条件为：加热提纯温度为1250℃，加热提纯时间至少为4小时，所述B2O3-CaO混合物是将无水B2O3和CaO以质量比3:1混合后得到；加热提纯过程中，B2O3-CaO混合物熔融形成介质溶液，母合金被B2O3-CaO混合物熔融形成介质溶包裹，进行长时间的提纯，提纯后母合金的合金成分均匀且其中的杂质减少；
(5)制取J形石英管
选取一外径15mm、壁厚1mm石英试管，将所述石英试管内注满氢氟酸和硝酸的混合酸液，浸泡15分钟后倒掉所述混合酸液并注满去离子水，将所述石英试管进行超声清洗，利用火枪的外焰均匀加热所述石英试管的底部，并不断旋转使其均匀受热至部分软化，然后迅速在空气中将所述石英管的底部拉成外径为1-3mm的细石英管并用火枪将所述细管的末端管口封住，获得J形石英管，所述J形石英管的一端外径为15mm，另一端外径为1-3mm；
(6)Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02棒状铁基非晶合金的制备
把步骤(4)制备获得的所述提纯后母合金放入步骤(5)制备的所述J形石英试管中，通过三通阀将J形石英管与机械泵接通后抽取真空，首先抽真空至所述J形石英试管内的真空度为5-10Pa，用氩气冲洗所述J形石英管，上述抽真空及氩气冲洗J形石英试管的操作至少重复两次，以确保J形石英管中的氧气绝大部分被排除，然后向所述J形石英管中冲入氩气并控制所述J形石英管内的压力为0.7-1.0MPa，用高温炉对所述J形石英管进行加热，加热温度1250℃，待所述提纯后母合金充分熔化，生成母合金熔液，迅速向J形石英管中通入氩气，控制在1-2s的时间范围内J形石英管内压力达到1.5×105Pa，母合金熔液受到氩气的冲压后便会进入试管前端细石英管部分，保温30秒后立即将所述J形石英管放入质量分数为10％的氯化钠盐水溶液中中，冷却后，在所述J形石英管的前端内形成的固状金属，为棒状，即获得Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02棒状铁基非晶合金，图3为其外观形貌图，图4为其压缩断裂后侧面形貌。
将制得的棒状铁基非晶合金截取成φ1×2mm的圆柱状试棒，使用Instron力学性能试验机测量压缩性能，压缩速率为1×10-4s-1。实验测得其室温压缩断裂强度为3500MPa，塑性形变为10.5％，其压缩应力-应变曲线以及DSC测试曲线如图1、图2所示，实施例2制备获得的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02棒状铁基非晶合金与实施例1制备获得的Fe65C6.5P11.5Ni17棒状铁基非晶合金相比，Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02棒状铁基非晶合金室温压缩塑性有所降低，塑性下降与掺杂氧以后非晶基体中非均匀性的降低有关，如图5所示，通过高分辨透射电镜分析可知，掺杂氧以后的Fe64.98C6.5P11.5Ni17O0.02铁基非晶基体中非均匀性较低。

Claims (6)

1.兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法首先经真空电弧熔融制备获得中间合金，然后将碳与所述中间合金放入真空电弧炉中熔炼，制备获得母合金，将所述母合金进行除杂处理后放入J形石英管中进行淬火，制备获得块体铁基非晶合金；制备获得的所述块体铁基非晶合金的化学式为FeaCbPcMdOe，其中各元素的原子百分比为：0﹤b≤10，0﹤c≤15，0﹤d≤20，0﹤e≤1.5，a＝100-b-c-d-e；
所述中间合金的制备以Fe、Fe3P、过渡族元素M和Fe2O3粉末为原料。
2.根据权利要求1所述兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(1)原料准备：以Fe、C、Fe3P、过渡族元素M和Fe2O3粉末为原料，将FeaCbPcMdOe中各元素的原子百分比换算成质量百分比，按照所述质量百分比分别称取上述原料；其中：0﹤b≤10，0﹤c≤15，0﹤d≤20，0﹤e≤1.5，a＝100-b-c-d-e；
(2)中间合金的制备：将步骤(1)称取的原料中的所述Fe、Fe3P、M和Fe2O3粉末放入真空电弧炉中，利用氩气对真空电弧炉进行清洗，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流100-150A，熔炼时间4-5分钟，完成一次熔炼后，待炉体冷却，进行第二次熔炼，第二次熔炼的条件与第一次熔炼条件相同，按照第一次熔炼的条件重复熔炼至少3次，制备获得中间合金；
(3)母合金的制备
将步骤(1)称取的C以及步骤(2)制备获得的所述中间合金一起放入真空电弧炉中，所述中间合金压到步骤(1)称取的C的上面，利用氩气对真空电弧炉进行清洗，在氩气环境下开始熔炼，熔炼的条件为：电流100-200A，熔炼时间4-5分钟，完成一次熔炼后，待炉体冷却，进行第二次熔炼，第二次熔炼的条件与第一次熔炼条件相同，按照第一次熔炼的条件重复熔炼至少4次，制备获得母合金；
(4)母合金的除杂处理
将步骤(3)制备获得的所述母合金置于石英试管中，然后添加B2O3-CaO混合物，将所述母合金以及所述B2O3-CaO混合物混合均匀后进行加热提纯，得到提纯后母合金，所述加热提纯的条件为：加热提纯温度为1250℃，加热提纯时间至少为4小时，所述B2O3-CaO混合物是将无水B2O3和CaO以质量比3:1混合后得到；
(5)制取J形石英管
选取一外径15mm、壁厚1mm石英试管，将所述石英试管内注满氢氟酸和硝酸的混合酸液，浸泡15分钟后倒掉所述混合酸液并注满去离子水，将所述石英试管进行超声清洗，利用火枪的外焰均匀加热所述石英试管的底部，并不断旋转使其均匀受热至部分软化，然后迅速在空气中将所述石英管的底部拉成外径为1-3mm的细石英管并用火枪将所述细石英管的末端管口封住，获得J形石英管，所述J形石英管的一端外径为15mm，另一端外径是1-3mm；
(6)圆棒状铁基非晶合金的制备
把步骤(4)制备获得的所述提纯后母合金放入步骤(5)制备的所述J形石英试管中，首先抽真空至所述J形石英试管内的真空度为5-10Pa，用氩气冲洗所述J形石英管，上述抽真空及氩气冲洗J形石英试管的操作至少重复三次，然后向所述J形石英管中冲入氩气并控制所述J形石英管内的压力为0.7-1.0MPa，用高温炉对所述J形石英管进行加热，待所述提纯后母合金充分熔化，生成母合金熔液，迅速向J形石英管中通入氩气，控制在1-2s的时间范围内J形石英管内压力达到1.5×105Pa，保温30秒后立即将所述J形石英管放入质量分数为10％的氯化钠盐水溶液中，冷却后，在所述J形石英管的前端内形成的固状金属，即为所述块体铁基非晶合金。
3.根据权利要求2所述兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法，在步骤(1)中，所述过渡族元素M为Al、Cu、Ga、Co、Ni、Ti、V、Zr、Nb、Ta及Hf中的任意一种。
4.根据权利要求2所述兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，在步骤(2)以及步骤(3)中，所述利用氩气对真空电弧炉进行清洗的方法具体为：首先抽真空至真空度为3.0×10-3Pa-3.5×10-3Pa，回充氩气至压力0.1MPa，然后再抽真空至真空度为7.5×10-4Pa-8.0×10-4Pa，再回充氩气至压力0.1MPa。
5.一种兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金，根据权利要求1-4之一所述兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金的制备方法制备获得，其特征在于，制备获得的所述块体铁基非晶合金的化学式为FeaCbPcMdOe，其中：各元素的原子百分比为：0﹤b≤10，0﹤c≤15，0﹤d≤20，0﹤e≤1.5，a＝100-b-c-d-e，M为过渡族元素Al、Cu、Ga、Co、Ni、Ti、V、Zr、Nb、Ta及Hf中的任意一种。
6.根据权利要求5所述一种兼具高强度和高塑性的块体铁基非晶合金，其特征在于，所述块体铁基非晶合金为圆柱状，直径为0.7mm-2.9mm。
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