专利名称：一种镁基非晶合金塑料的制作方法
技术领域：
本发明属于材料科学领域，特别涉及一种镁基非晶合金塑料。
背景技术：
随着大规模集成电路制造技术和以计算机为代表的微电子工艺的发展，越来越多的电子 元件、电器组件及计算机配件等相关零件开始釆用微成形方法进行生产。近年来，以形状尺 寸微小或操作尺度极小为特征的微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)受到 人们的高度重视，逐渐成为航空航天、精密仪器、生物医疗等领域的研究热点。微成形工艺 方面的研究包括材料变形行为的研究，成形工艺、模拟、摩擦和工件精度等。和其他领域一 样，新材料的研究在微成形技术中占有重要的作用。
微成形工艺包括微冲裁、微拉深、微挤压、微铸造等。其中，微尺度效应是金属微成形 过程中特有的现象，也是深入研究微成形工艺和微尺度变形规律的瓶颈问题。概括地讲，尺 度效应就是指在微成形过程中，由于制品整体或局部尺寸的微小化引起的成形机理及材料变 形规律表现出不同于传统成形过程的现象。在具体的微成形过程中材料的成形性能、变形规 律以及摩擦等确实表现出特殊的变化如板厚各异性指数减小，拉延成形中成形极限降低， 毛刺增多等。对于晶态材料，材料的晶粒大小、位错的运动与塞积对微成形部件的尺寸效应 产生重要的影响。
非晶合金是一种没有位错和晶体结构的材料，在铸造成形过程中，几乎没有体积收縮， 在过冷液相区(指非晶合金晶化温度和玻璃转化温度之间的区间)成形没有回弹，能精密地 复制磨具内腔的形状，达到能复制nm量级的微观结构，因此非晶合金在微成形技术中，消除 了由于晶粒、位错运动所引起的尺寸效应，同时非晶合金所适用的微成形工艺广泛，因此非 晶合金是微成形加工技术中的良好材料。同时，非晶合金具有各种优异性能，如高强度、高 的耐磨性能和优异的抗腐蚀性，能够满足微成形部件对材料使用性能的要求。
利用非晶合金过冷液相区的塑性特征，实现微小尺寸的超塑性成形是近年来非晶合金应 用研究的一个热点方向。然而，非晶合金的玻璃转变温度(300°C~700°C)还很高，为塑性加 工和过冷液态的研究带来很大困难，因为玻璃转变温度高，金属容易氧化，同时对模具性能 要求高，能源消耗大。因此寻找一种玻璃转变温度低(低于l(KTC，高于器件通常要求的工 作温度)的非晶合金将为微成形工作的开展提供更广阔的空间。 发明内容针对以上技术问题，本发明提供一种镁基非晶合金塑料。
本发明的镁基非晶合金塑料是一种具有玻璃转变温度低于IO(TC的非晶态镁基合金成 分；在真空或保护气体条件进行合金熔炼，在铜模铸造条件下获得尺寸不小于2mm的块体非
晶合金。
本发明所述的玻璃转变温度低于IO(TC的镁基非晶合金塑料，其化学成分按原子百分比 为Mg含量在65~73%之间；Zn含量在23-31 %之间；Ca含量在3~5.5%之间；Ag含量在 0~3%之间。
本发明的镁基非晶合金塑料，合金的化学成分优选方案之一是按原子百分比计Mg含 量在70~73%之间；Zn含量在23~26°/。之间；Ca含量在3~5%之间；Ag含量在0~2.0%之间。
本发明的镁基非晶合金塑料，优选方案之二是按原子百分比计:Mg含量在65~70%之间； Zn含量在26~31%之间；Ca含量在3~5%之间；Ag含量在0~3%之间。
本发明的非晶态金属塑料具体实现工艺为将合金成分按所需比例置于真空感应炉中， 将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(T2Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.2~0.6个大 气压，在温度550 65(TC条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。
本发明中的惰性气体为氩气。
采用X射线衍射分析镁基非晶合金塑料的非晶态特征，采用差热分析仪测得镁基非晶合 金塑料的玻璃转变温度和晶化温度，其中玻璃转变温度不大于100'C，与其他非晶合金相比， 本发明具有以下优点 .
1、 非晶合金的玻璃转变温度低于10(TC，在6(TC长期实效下不发生晶化反应。
2、 强度大于500MPa，硬度高，耐磨性好。
3、 能够液态成型与超塑性成形。
4、 均匀单一结构。
本发明的镁基非晶合金塑料，在室温下该合金将具有高达500MPa以上的强度，是普通 晶态镁合金强度的两倍。通过合金成分设计，使得镁基非晶合金塑料的玻璃转化温度低于100 °C (升温速率《20'C/min的测试结果)，为微成形和复形技术提供一种容易成形、节约能源、 提高模具使用寿命，降低模具制造成本的一种高性能材料。 '
非晶合金的玻璃转变温度低于IOO'C，是成形过程中容易操作的温度指标，因此，为区 别其他非晶合金，将这种具有低玻璃转变温度的镁基非晶合金塑料，称为金属玻璃；这种金 属玻璃为研究过冷液相区的行为带来方便，同时也为研究非晶合金微成形加工所涉及的基本 问题提供了模型材料。
图1为本发明实施例5中镁基非晶合金塑料的DSC曲线。 图2为本发明实施例5中镁基非晶合金塑料的XRD曲线。
具体实施例方式
本发明的实施例采用真空感应炉熔炼制备母合金，采用真空铜模铸造设备制备镁基非晶 合金塑料，采用X射线分析判断样品是否为非晶态结构，采用高温差分扫描量热计(DSC) 测量非晶态合金的玻璃转变温度和晶化温度，升温速率l(TC/min和2(TC/min两种方式。
本发明实施例的非晶合金样品尺寸为直径2mm的圆棒。
以下为本发明优选实施例。
本发明实施例中的合金成分的表达式为MgaZnbCaeAgd，表示Mg-Zn-Ca-Ag合金中含有 Mg、 Zn、 Ca、 Ag的原子百分数分别为a%、 b%、 c。/。和d%，其中a+b+c+d=100。 实施例1
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca=70 : 26.: 4置于真空感应炉中，将 真空感应炉抽真空至真空度小于lxlO々Pa,充入惰性气体，惰性气体的压力为0.2个大气压， 在温度550 65(TC条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基 非晶合金塑料成分为Mg70Zn26Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10°C/min条件下的玻 璃转变温度88°C。 实施例2
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca=73 : 23 : 4混合，置于真空感应炉 中，将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(T2Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.3个大 气压，在温度550 65(TC条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得 的镁基非晶合金塑料成分为Mg73Zn23Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10°C/min条件 下的玻璃转变温度85°C。 实施例3
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca : Ag=7i : 23 : 4 : 2置于真空感应
炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于Ixl(T2Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.4 个大气压，在温度550 650'C条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。 获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg71Zn23Ca4Ag2，该镁基非晶合金塑料在升温速率为l(TC /min条件下的玻璃转变温度89°C 。 实施例4将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca =71 : 26 : 3置于真空感应炉中， 将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(^Pa，充入惰性气体,惰性气体的压力为0.5个大气压, 在温度550 650'C条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基 非晶合金塑料成分为Mg71Zn26Ca3，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10°C/min条件下的玻 璃转变温度84°C。 实施例5
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca =68 : 28 : 4置于真空感应炉中， 将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(^Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.6个大气压， 在温度550 65(TC条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基 非晶合金塑料成分为Mg68Zn28Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为2(TC/min条件下的玻 璃转变温度81'C。 实施例6
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca =67 : 28 : 5置于真空感应炉中， 将真空感应炉抽真空至真空度小于lxlO々Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.2个大气压， 在温度550 650'C条件下熔炼；然后在用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁 基非晶合金塑料成分为Mg67Zn28Ca5，该镁基非晶合金塑料在升温速率为2(TC/min条件下的 玻璃转变温度72°C。该镁基非晶合金塑料的DSC曲线如图1所示，该镁基非晶合金塑料的 XRD曲线如图2所示。 实施例7
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca -65 : 31 : 4置于真空感应炉中， 将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(^Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.3个大气压， 在温度550 65(TC条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基 非晶合金塑料成分为Mg65Zn31Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为2(TC/min条件下的玻 璃转变温度75°C。 实施例8
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca : Ag=65 : 30 : 4 : i置于真空感应
炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(T2Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.4 个大气压，在温度550 650'C条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。 获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg65Zri3()Ca4Agi，该镁基非晶合金塑料在升温速率为2(TC /min条件下的玻璃转变温度74°C 。实施例9
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca : Ag=67 : 26 : 5 : 2置于真空感应 炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl0,a，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.5 个大气压，在温度550 650'C条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。 获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg67Zn26Ca5Ag2,该镁基非晶合金塑料在升温速率为l(TC /min条件下的玻璃转变温度84°C 。 实施例10
将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg : Zn : Ca : Ag =67 : 26 : 4 : 3置于真空感应 炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于lxl(T2Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为10.6 个大气压，在温度550 65(TC条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。 获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg67Zn26Ca4Ag3，该镁基非晶合金塑料在升温速率为l(TC /min条件下的玻璃转变温度82°C 。
权利要求
1、一种镁基非晶合金塑料；其特征在于该Mg基非晶合金塑料化学成分按原子百分比为Mg含量在65～73％之间；Zn含量在23～31％之间；Ca含量在3～5.5％之间；Ag含量在0～3％之间；该Mg基非晶合金塑料在升温速率≤20℃/min条件下，玻璃转变温度低于100℃。
2、 一种镁基非晶合金塑料；其特征在于该Mg基非晶合金塑料化学成分优选方案一是 按原子百分比计，Mg含量在70~73%之间；Zn含量在23~26%之间；Ca含量在3~5%之间； Ag含量在0 2.0y。之间；该Mg基非晶合金塑料在升温速率《20'C/min条件下，玻璃转变温 度低于90。C。
3、 一种镁基非晶合金塑料；其特征在于该Mg基非晶合金塑料化学成分优选方案二是 按原子百分比计，Mg含量在65 70Q/。之间；Zn含量在26 3P/。之间；Ca含量在3 5。/。之间； Ag含量在0 3M之间；该Mg基非晶合金塑料在升温速率《20'C/inin条件下，玻璃转变温度 低于85'C。
全文摘要
一种镁基非晶合金塑料，属于材料科学领域，该合金塑料化学成分按原子百分比为Mg含量在65～73％之间；Zn含量在23～31％之间；Ca含量在3～5.5％之间；Ag含量在0～3％之间。镁基非晶合金塑料的玻璃转变温度低于100℃，在60℃长期实效下不发生晶化反应，强度大于500MPa，硬度高，耐磨性好，能够液态成型与超塑性成形，均匀单一结构。这种金属玻璃为研究过冷液相区的行为带来方便，同时也为研究非晶合金微成形加工所涉及的基本问题提供了模型材料。
文档编号C22C45/00GK101418424SQ20081022919
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者任英磊, 李荣华, 柏笑君, 索忠源, 邱克强 申请人:沈阳工业大学