CN107513654B - 一种低熔点液态金属合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低熔点液态金属合金及其制备方法，属于液体金属材料领域，本发明的液体金属具有含铜低熔点的特点，质量份组成比为：镓：20‑50份；铋：5‑10份；铟：5‑10份；铊：1‑5份；锡：1‑5份；铜：0.01‑1份，能够广泛应用在一些低温环境的产品制造。

Description

一种低熔点液态金属合金及其制备方法
技术领域
本发明属于低熔点金属合金领域。
背景技术
液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属，液态金属通常是由一个低熔点金属如镓、铋等组成二元或者多元合金。液态金属具有较高的热导率、流动性，在航空航天、可穿戴服饰、电路器材制造中具有广泛的应用前景，但是现有的液体金属的最低熔融温度一般为10℃-20℃之间，在工业上的一些低温环境下无法使用。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种低熔点液态金属合金，质量份组成比为：镓：20-50份；铋：5-10份；铟：5-10份；铊：1-5份；锡：1-5份；铜：0.01-1份，在实验中发现，采用上述元素件的配比，特别是加入微量的铜元素，可显著降低合金的熔点，其中，在优选情况下，铜原料采用99.9%以上的高纯度铜。在本发明中，微量铜元素的加入是至关重要的，在其他元素配比相同而无铜的情况下，无铜合金的熔点通常为15℃-20℃左右，而微量铜元素的加入可以使得熔点降低到5℃以后，猜测分散在合金中的铜原子在一定程度上改变了微观形态。所述的铜元素通常采用高纯度的铜粉，纯度一般在99.99%以上。
作为进一步的优选，加入的铜的比例为0.1-0.5份，作为进一步的优选为0.1-0.2份，上述的元素通过在真空熔炼炉中进行熔炼，其中真空熔炼炉能够制造惰性气体的氛围。
本发明同时公开了一种低熔点液态金属合金的制备方法，在原料的组分配比上，可以采用本发明公开的液态金属合金的配比，其中步骤如下：
步骤一、采用真空熔融的方法制备高纯度铜；
步骤二、取镓和铜以外的组分原料，在真空或者惰性气体下，加热至熔融状态；
步骤三、取高纯度铜粉末，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到步骤二后的熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟，在加入的时候要进行观察，尽量的降低加入的速率，使得铜能够充分的溶解在合金熔体中，其中铜液的颜色和熔体的颜色色差较大，可以肉眼观察，如果溶解较慢，可以降低加入的速率，尽量将加入时间控制在10分钟以上，如20分钟。
步骤四、取镓原料，一种搅拌一边加入到步骤三后的熔融态合金中，直至全部溶解；
步骤五、在真空条件下控制上述的液态合金温度为200℃-300℃，在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料。
作为改进，所述的铜原料采用采用99.9%以上的高纯度铜粉，作为进一步的优选采用99.999%以上的高纯度铜，当所述的纯度铜有一定的含氧量的时候，可以采用二次真空熔融的方式进行净化。
所述的惰性气体为氩气，真空度的选择可以影响到加热温度，为了降低加热温度同时不影响液态合金的气压值为20-80Kpa，
作为改进，步骤二、三、四、五真空环境的真空度为5-10 Kpa。
在具有的冷却方式上，缓慢冷却是至关重要的，在一些较优的方案中，发现冷却速度优选为5℃/min左右，特别是5℃/min具有较好的效果，冷却速度直接影响着液态合金的微观组织形态。本发明制备的液态金属合金具有较低在熔融温度，在常压中，可以接近零度左右，通常情况下为1℃-5℃左右，由于组分和工艺的不同会有一定的差异。
具体实施方式。
具体实施例1：
取原料镓： 50份；铋：5份；铟：5份；铊：1份；锡：1份；铜：0.1份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在真空气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%以上，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在真空条件下控制上述的液态合金温度为200℃-300℃，搅拌2小时，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为2℃。
具体实施例2：
取原料镓： 50份；铋：10份；铟： 10份；铊： 5份；锡： 5份；铜：0.5份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为1.5℃。
具体实施例3：
取原料镓：30份；铋：5份；铟：5份；铊：1份；锡：1份；铜：0.1份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%以上，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为5℃。
具体实施例4：
取原料镓： 30份；铋：5份；铟：5份；铊：2份；锡：2份；铜：0.5份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%以上，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为3℃。

Claims (1)

1.一种低熔点液态金属合金，其特征在于，原料为：镓： 50份、铋：10份、铟： 10份、铊：5份、锡： 5份、铜：0.5份；其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟；取镓原料，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，冷却速度为5℃/min，得到液态金属合金材料。
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