CN1332056C - 一种铜基非晶合金及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料领域,涉及了一种铜含量高且成本低的铜基非晶合金及其制备工艺。该铜基非晶含有铜和铝,其特征是还含有镨,各组分的原子百分比为:Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10。该合金采用以下工艺制备:首先按原子百分比称取电解铜、纯镨及工业纯铝原料,在高纯氩气保护气氛中的真空电弧炉中进行熔炼,熔化结束后取出锭料,并将表面打光;通过甩带工艺得到非晶薄带。该铜基非晶合金具有高强度、抗海水腐蚀性,可作为制造潜水艇的材料。本发明克服了铜基非晶合金中铜含量较低且原材料昂贵的缺点,提供了一种铜含量高且价格便宜的新铜基非晶合金及其制备工艺。
Description
技术领域:本发明属于金属材料领域,特别是涉及了一种新的铜基非晶合金及其制备工艺。
背景技术:铜具有可回收性、可塑性、导电和导热性、抗腐蚀性好等特征。铜基非晶是近几年来热门发展的先进材料。试验研究结果表明,在简单的非晶合金体系中,通过多元化处理,可以提高非晶形成能力。已经得到的铜基大块非晶Cu-Ti-Zr-Ni-Si(H.Choi-Yim,R.Busch,W.L.JohnsonJ.Appl.Phys,1998,83:7993-7997)和Cu-Ti-Zr-Ni-Sn(E.S.Park,H.K.Lim,W.T.Kim,J.Non-Cryt.Solids,2002,298:15-22)中,铜的原子百分含量一般小于50at.%。2001年日本的Inoue等人(A.Inoue,W.Zhang,T.Zhang,K.Kurosaka.Actamater..2001,49:2645-2652)得到了高铜含量(60at.%)的Cu-Zr-Ti和Cu-Hf-Ti系大块非晶,这些铜基大块非晶具有很好的机械性能。但是Zr、Ti、Hf原材料价格较高,不利于工业的推广应用。
发明内容:本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种铜含量高且成本低的铜基非晶合金及其制备工艺。
本发明是通过以下方式实现的:
一种铜基非晶合金,含有铜和铝,其特征是还含有镨,各组分的原子百分比为:Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10。
上述铜基非晶合金的制备工艺,其特征是通过以下步骤实现的:
(1)首先按原子百分比Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10称取电解铜、纯镨及工业纯铝原料;
(2)在高纯氩气保护气氛中的真空电弧炉中进行熔炼,熔炼电流为250-500A,每一埚料熔化三次以上,第二次及以后熔炼时加磁搅拌,保证成分分布均匀;
(3)熔化结束后取出锭料,并将锭料表面打光,以备熔体甩带实验用;
(4)采用高频重熔甩带设备、高频感应加热设备,将小块锭料放入底端带有小孔的石英管中进行甩带,甩带过程在氩气保护下进行。
上述铜基非晶合金的制备工艺,其特征是步骤(2)中真空熔炼的真空度为2-3×10-3Pa;步骤(4)中石英管上小孔的直径为1.2-1.5mm;高频感应加热设备的加热电流调节到490-510A;甩带过程中熔体的喷射压力为0.3Mpa以上;熔体的喷射温度为1000-1150℃。
本发明通过合理的成分配比,可以制得Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10非晶薄带。虽然稀土元素镨含量较高,且镨容易氧化,但以该成分配比,按照以上工艺可制得厚度为100μm非晶条带。铜基非晶合金具有高强度、抗海水腐蚀性,可作为制造潜水艇的材料。而且铜基非晶薄带做成钎焊材料,延展性好,可加工成型,成分均匀不含杂质,熔点低,流动性好,可用于高温合金和不锈钢的钎焊,代替昂贵的金基钎焊合金用于飞机发动机部件的焊接。
具体实施方式:
下面给出本发明的两个最佳实施例:
实施例1
(1)原材料为电解铜(99.999%)、纯镨(99.9%)及工业纯铝(99.8%),用精确到100mg的天平按Cu50Pr30Al20的原子百分比称取原料,分别为Cu:12.7g,Pr:16.9g,Al:2.2g;
(2)将原料放入电弧炉中,用机械泵和分子泵抽真空至2×10-3Pa,充入高纯氩气进行电弧熔炼,熔炼电流为500A;第一遍熔化至原料表面熔化即可,第二次熔炼时待表面熔化后立即加磁搅拌至熔体中没有块状料。然后再翻转料进行第三次熔炼,检查是否还有未熔原料;
(3)取出锭料,用锉刀或砂纸将锭料表面清理干净,然后做成块料以备熔体甩带实验用;
(4)将小块锭料放入底端有1.2-1.5mm小孔的石英管中进行甩带,甩带过程中采用高频重熔甩带设备、SP-15B型感应加热设备,熔体的喷射压力为0.5MPa,加热电流调节到501A,熔体的喷射温度为1050℃,甩带过程在氩气保护下进行。
按上述工艺得到的Cu50Pr30Al20非晶薄带。
实施例2
原材料为电解铜(99.999%)、纯镨(99.9%)及工业纯铝(99.8%),用精确到100mg的天平按Cu60Pr30Al10的原子百分比称取原料,各组元质量分别为Cu:15.2g,Pr:16.9g,Al:1.1g;采取与实施例1相同的工艺步骤,用机械泵和分子泵抽真空至3×10-3Pa,电弧炉熔炼电流为250A,高频感应加热设备的加热电流调节到490A,甩带时熔体的喷射温度为1100℃。
按上述工艺得到的Cu60Pr30Al10非晶薄带。
Claims (3)
1.一种铜基非晶合金,含有铜和铝,其特征是还含有镨,各组分的原子百分比为:Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10。
2.一种权利要求1所述铜基非晶合金的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)首先按原子百分比Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10称取电解铜、纯镨及工业纯铝原料;
(2)在高纯氩气保护气氛中的真空电弧炉中进行熔炼,熔炼电流为250-500A,每一埚料熔化三次以上,第二次及以后熔炼时加磁搅拌,保证成分分布均匀;
(3)熔化结束后取出锭料,并将锭料表面打光,以备熔体甩带实验用;
(4)采用高频重熔甩带设备、高频感应加热设备,将小块锭料放入底端带有小孔的石英管中进行甩带,甩带过程在氩气保护下进行。
3.根据权利要求2所述的铜基非晶合金的制备工艺,其特征是步骤(2)中真空熔炼的真空度为2-3×10-3Pa;步骤(4)中石英管上小孔的直径为1.2-1.5mm;高频感应加热设备的加热电流调节到490-510A;甩带过程中熔体的喷射压力为0.3Mpa以上;熔体的喷射温度为1000-1150℃。
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