专利名称：一种高延韧性Pd－Cu－Si块体非晶合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于非晶态金属材料技术领域，特别涉及块体非晶合金。该材料是一种具有高强度、高延韧性和很好耐蚀性能的非晶合金材料。
背景技术：
非晶合金(包括块体非晶合金)是指原子排列不存在晶态材料那样的长程有序周期性、而是呈无序密堆排列结构的合金材料，因此非晶合金没有晶态材料中的晶界、位错等缺陷，同时也没有多数晶态材料所具有的各向异性现象，而呈各向同性特征。这种结构特征使非晶合金材料具有很多优异的力学和功能性能。但非晶合金需要在快速冷却条件下获得，大多数合金材料都需要在冷却速度约为～106K/s的条件下才能获得非晶态结构，因此多数非晶合金只能制备成薄带(20-50μm厚)、薄膜和细粉，使非晶合金材料的应用受到极大限制。因此开发具有较大的非晶形成能力、能制备出大尺寸的非晶合金系一直是研究人员追求的目标。
在最近的10多年里，开发尺寸大于1mm的块体非晶合金的研究取得了飞速的进展，已在多个块体非晶合金系，如ZrTiCuNiBe系、ZrAlCuNi系、FeCoCrMoCBY系、PdNiCuP系、CuZrAlAg系等等。目前中开发出的Pd40Cu30Ni10P20块体非晶合金中尺寸最大者已达72mm。非晶合金具有很高强度，但塑性变形量常常较小，压缩变形量一般均小于1～2％。这使非晶合金材料的应用受到限制。因此开发出具有较大塑性变形能力的新型块体非晶合金或探索提高非晶合金延性的方法意义十分重大。这将大大增加该合金材料的变形加工成型能力和应用的安全性。最近，开发具有一定塑性变形能力的非晶合金的研究中取得了进展，在Cu-Zr合金系、Pd-Si合金系、Pt-Ni-Cu-P合金系中已制备出具有较大塑性变形能力的块体非晶合金。但根据文献和专利检索，迄今，尚未见公开报道存在具有较大塑性变形能力(一般指压缩延性优于～5-10％)的Pd-Cu-Si块体非晶合金。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种具有高强度和高塑性变形能力的Pd-Cu-Si块体非晶合金材料和其制备方法。
本发明所提出的非晶合金的特征在于，其特征在于，化学成分组成为Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％。
高延韧性Pd-Cu-Si块体非晶合金的制备方法，其特征在于，根据下述合金配比Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％进行以下步骤1)母合金熔炼采用真空合金熔炼方法将按合金成分配比的高纯Pd、Ni、Si和P原料熔炼成母合金锭；2)将玻璃包覆介质在高于熔点温度的条件下熔化成液体；3)在真空条件下将玻璃包覆介质在高于其熔点200度以上的条件下提纯2小时以上，并且熔融态玻璃包覆介质液体要达到纯净、没有气泡的状态；4)在真空条件下将合金锭加入熔融玻璃包覆介质中，将温度升高至高于合金熔点200度以上的温度条件下保温提纯，在提纯过程中，多次将合金熔体冷却直至凝固，并再次升温至提纯温度，若合金在凝固后再次升温熔化时，不产生气泡，则可在继续提纯约1小时后结束提纯过程；5)将提纯后处于熔融状态的合金熔体冷却得到Pd-Cu-Si块体非晶合金。
所述第2)步将玻璃包覆介质在高于熔点温度的条件下熔化成液体是在石英管或合金熔炼用坩锅中进行的。
所述第4)步所述的合金的总的提纯时间为2～10小时。
所述第5)步所述的冷却方法是将提纯后处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温。
所述第5)步所述的冷却方法是将提纯后处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温。
所述第5)步所述的冷却方法是将提纯后处于熔融状态的合金熔体先凝固，然后将提纯的合金在真空条件下再次熔化后快速凝固或铸入金属模。
所述玻璃包覆介质是无水玻璃包覆介质。
试验证明该材料具有约40-70％的压缩塑性变形能力、约1500MPa的屈服强度、极佳的耐蚀性能。由于具有上述特殊的优异性能，使该合金在众多领域有良好的应用前景。
图1为实施例1的产物尺寸图；图2为实施例1的产物Pd78.5Cu5.5Si16块体非晶合金的压缩应力—应变曲线图。
具体实施例方式
该合金的制备工艺采用玻璃包覆介质(如B2O3玻璃包覆剂)提纯工艺提纯合金，然后采用空冷、水淬或其它快冷方法制备非晶合金材料。
该合金的组织结构特征非晶态结构。其制备工艺过程如下
1)母合金熔炼采用真空合金熔炼方法将按合金成分配比的高纯Pd、Cu和Si原料(大于99.5％)熔炼成母合金锭。
2)实施方式(1)采用石英管或合金熔炼用坩锅为合金熔炼容器，将无水玻璃包覆介质在高于熔点温度的条件下熔化成液体。
(2)在真空条件下将玻璃包覆介质在高于其熔点约200度以上的条件下提纯2小时以上，使熔融态玻璃包覆介质液体纯净、没有气泡的状态。
(3)在真空条件下将合金锭加入熔融玻璃包覆介质中，然后将温度升高至约高于合金熔点200度的温度条件下保温提纯。并且在提纯过程中，数次将合金熔体冷却直至凝固，然后再次升温至提纯温度，在提纯约2-4小时后，若合金在凝固后再次升温熔化时，不产生气泡，则可在继续提纯约1小时后结束提纯过程。
(4)可采用下述三种方法制备尺寸大于4-8mm的Pd-Cu-Si块体非晶合金1>将提纯后处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温。
2>将提纯后处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温。
3>将提纯后处于熔融状态的合金熔体先凝固，然后将提纯的合金在真空条件下再次熔化后快速凝固(如水淬)或铸入金属模。
采用上述三种方法制备出大块非晶合金实施例1高延性78.5at％Pd-5.5at％Cu-16at％Si块体非晶合金Pd78.5Cu5.5Si16(1)采用石英管为合金熔炼容器，在氩气保护条件下将按成分配制的合金原料熔化制备出母合金。
(2)将无水B2O3包覆介质装入石英管，在800度条件下熔化成液体。然后在真空条件下将包覆介质在约900度条件下提纯2小时以上，使包覆介质达到纯净、无气泡状态。
(3)在真空条件下将合金锭加入熔融包覆介质中，1100度在提纯约5-6小时。在提纯过程中降温凝固约5次以上，并在再次熔化时没有气泡出现时再提纯1小时即可。
(4)将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金；将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金或φ4mm非晶园棒(见图1)；也可将提纯后的合金再次真空条件下熔化后水淬冷却或铸入铜模中得到约φ4mm以上的非晶园棒。
(5)制备的块体非晶合金建具有高达40％的压缩延性，工程屈服强度高于1500MPa。图2为Pd78.5Cu5.5Si16块体非晶合金的压缩应力—应变曲线图。
实施例2高延性77.5at％Pd-6.0at％Cu-16.5at％Si块体非晶合金Pd77.5Cu6Si16.5(1)采用石英管为合金熔炼容器，在氩气保护条件下将按成分配制的合金原料熔化制备出母合金。
(2)将无水B2O3包覆介质装入石英管，在900度条件下熔化成液体。然后在真空条件下将包覆介质在约1000度条件下提纯2小时以上，使包覆介质达到纯净、无气泡状态。
(3)在真空条件下将合金锭加入熔融包覆介质中，1150度在提纯约8小时。在提纯过程中降温凝固约5次，并在再次熔化时没有气泡出现。
(4)将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温，可制备尺寸大于8mm的块体非晶合金；将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金或φ4mm非晶园棒；也可将提纯后的合金再次真空条件下熔化后水淬冷却或铸入铜模中得到约φ4mm以上的非晶园棒。
(5)制备的块体非晶合金具有高于60％的压缩延性，屈服强度高于1600MPa。
实施例3高延性76.5at％Pd-7.0at％Cu-16.5at％Si块体非晶合金Pd76.5Cu7Si16.5(1)采用石英管为合金熔炼容器，在氩气保护条件下将按成分配制的合金原料熔化制备出母合金。
(2)将无水B2O3包覆介质装入石英管，在900度条件下熔化成液体。然后在真空条件下将包覆介质在约1000度条件下提纯2小时以上，使包覆介质达到纯净、无气泡状态。
(3)在真空条件下将合金锭加入熔融包覆介质中，1150度在提纯约8小时。在提纯过程中降温凝固约5次，并在再次熔化时没有气泡出现。
(4)将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金；将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金或φ3mm非晶园棒；也可将提纯后的合金再次真空条件下熔化后水淬冷却或铸入铜模中得到约φ4mm以上的非晶园棒。
(5)制备的块体非晶合金建具有高于40％的压缩延性，屈服强度高于1600MPa。
实施例4高延性76.0at％Pd-7.0at％Cu-17.0at％Si块体非晶合金Pd76Cu7Si17(1)采用石英管为合金熔炼容器，在氩气保护条件下将按成分配制的合金原料熔化制备出母合金。
(2)将无水B2O3包覆介质装入石英管，在900度条件下熔化成液体。然后在真空条件下将包覆介质在约1050度条件下提纯2小时以上，使包覆介质达到纯净、无气泡状态。
(3)在真空条件下将合金锭加入熔融包覆介质中，1150度在提纯约8小时。在提纯过程中降温凝固约5次，并在再次熔化时没有气泡出现。
(4)将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金；将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金或φ3mm非晶园棒；也可将提纯后的合金再次真空条件下熔化后水淬冷却或铸入铜模中得到约φ4mm以上的非晶园棒。
(5)制备的块体非晶合金建具有高于30％的压缩延性，屈服强度高于1600MPa。
实施例5高延性79.0at％Pd-5.0at％Cu-16.0at％Si块体非晶合金Pd79Cu5Si16(1)采用石英管为合金熔炼容器，在氩气保护条件下将按成分配制的合金原料熔化制备出母合金。
(2)将无水B2O3包覆介质装入石英管，在800度条件下熔化成液体。然后在真空条件下将包覆介质在约1000度条件下提纯2小时以上，使包覆介质达到纯净、无气泡状态。
(3)在真空条件下将合金锭加入熔融包覆介质中，1100度在提纯约8小时。在提纯过程中降温凝固约5次，并在再次熔化时没有气泡出现。
(4)将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金；将处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温，可制备尺寸大于5mm的块体非晶合金或φ3mm非晶园棒；也可将提纯后的合金再次真空条件下熔化后水淬冷却或铸入铜模中得到约φ4mm以上的非晶园棒。
(5)制备的块体非晶合金建具有高于30％的压缩延性，屈服强度高于1500MPa。
权利要求
1.一种高延韧性Pd-Cu-Si块体非晶合金，其特征在于，化学成分组成为Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％。
2.一种高延韧性Pd-Cu-Si块体非晶合金的制备方法，其特征在于，根据下述合金配比Pd75.5-79at％；Cu5-8at％；Si15-17at％进行以下步骤1)母合金熔炼采用真空合金熔炼方法将按合金成分配比的高纯Pd、Ni、Si和P原料熔炼成母合金锭；2)将玻璃包覆介质在高于熔点温度的条件下熔化成液体；3)在真空条件下将玻璃包覆介质在高于其熔点200度以上的条件下提纯2小时以上，并且熔融态玻璃包覆介质液体要达到纯净、没有气泡的状态；4)在真空条件下将合金锭加入熔融玻璃包覆介质中，将温度升高至高于合金熔点200度以上的温度条件下保温提纯，在提纯过程中，多次将合金熔体冷却直至凝固，并再次升温至提纯温度，若合金在凝固后再次升温熔化时，不产生气泡，则可在继续提纯约1小时后结束提纯过程；5)将提纯后处于熔融状态的合金熔体冷却得到Pd-Cu-Si块体非晶合金。
3.如权利要求2所述的Pd-Cu-Si块体非晶合金系的制备方法，其特征在于，所述第2)步将玻璃包覆介质在高于熔点温度的条件下熔化成液体是在石英管或合金熔炼用坩锅中进行的。
4.如权利要求2所述的Pd-Cu-Si块体非晶合金系的制备方法，其特征在于，所述第4)步所述的合金的总的提纯时间为2～10小时。
5.如权利要求2所述的高延韧性二元块体非晶合金的制备方法，其特征在于，所述第5)步所述的冷却方法是将提纯后处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起慢冷至室温。
6.如权利要求2所述的高延韧性二元块体非晶合金的制备方法，其特征在于，所述第5)步所述的冷却方法是将提纯后处于熔融状态的合金熔体和周围的包覆介质一起水淬至室温。
7.如权利要求2所述的高延韧性二元块体非晶合金的制备方法，其特征在于，所述第5)步所述的冷却方法是将提纯后处于熔融状态的合金熔体先凝固，然后将提纯的合金在真空条件下再次熔化后快速凝固或铸入金属模。
8.如权利要求2所述的高延韧性二元块体非晶合金的制备方法，其特征在于，所述玻璃包覆介质是无水玻璃包覆介质。
全文摘要
一种高延韧性Pd－Cu－Si块体非晶合金及其制备方法发明属于非晶态金属材料技术领域，特别涉及块体非晶合金。该合金的特征在于，化学成分组成为Pd75.5－79at％；Cu5－8at％；Si15－17at％。制备方法是采用采用玻璃包覆介质提纯工艺提纯合金，然后采用空冷、水淬或其它快冷方法制备非晶合金材料。本发明制备得到的Pd－Cu－Si块体非晶合金具有很高的压缩塑性变形能力、屈服强度和极佳的耐蚀性能，在众多领域有良好的应用前景。
文档编号B22D27/20GK101067190SQ20071011893
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者姚可夫 申请人:清华大学