CN1710138A - 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

一种铜基非晶合金及其制备工艺
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纤焊材料，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纤焊，代替昂贵的金基纤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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