一种镁基无定形体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁基无定形体及其制备方法，其中，镁基无定形体由以下组分组成：镁基无定形体的组成如下通式所示：Mg87-xCuxDy13，其中，22≤x≤32；镁基无定形体的制备方法包括以下步骤：镁基无定形体的组成的通式所示的重量比将单金属原料块加入到熔炼装置中融化，并反复熔炼4-6次，冷却后获得母合块，其中，熔炼温度为：1100K-1200K，每次熔炼时间为1～2min，并保温2～3min。镁基无定形体的制备方法简单，容易操作，设备要求不高，生产条件易与掌握，无定形体纯度高，性能好，可应用于大规模生产。
【专利说明】一种镁基无定形体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无定形体【技术领域】，主要涉及到一种镁基无定形体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]大块无定形体作为一种新型材料，无定形体具有相玻璃一样的长程无序，短程有序的结构特点，无定形体与晶态合金相比，具有极高的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和高电阻性，而且还表现出优良的超导性和低磁损耗等特点，由于其具有的独特物理、化学和机械性能，因此，大块非晶已经在电子、机械和化工行业得到应用，随着新材料的发明，其应用将会不断扩大。
[0003]目如的无定形体体系有:错基、铁基、铜基、镇基、钦基和招基以及稀土基的无定形体等。不同的非晶体系根据成分不同，相应的物理化学性质以及它的制备条件都不同。其中，错基、铁基、铜基、镇基、钦基和招基无定形体的强度大、硬度闻、耐腐蚀性好，但它们对制备的条件的要求相对荀刻。错基、铁基、铜基、镇基、钦基和招基等无定形体相比，稀土基无定形体具有较低的玻璃化温度，超强的玻璃形成能力以及宽的过冷液相区，容易形成大块无定形体，而且稀土基无定形体的制备条件相对宽松，容易实现工业化大规模生产。但是稀土基无定形体存在强度较低，且耐腐蚀性差的缺点。
[0004]多组元体系虽较易形成大块无定形体，但是由于结构复杂、成分多样，对其形成机理和相的析出都很难进行分析，而采用少组元体系大块非晶，便于对其形成机理和析出相的研究。
[0005]鉴于上述描述，亟待在不提高合金密度的前提下，设计并研究出少组元Mg基无定形体，并获得块状非晶形成能力的最佳值和较好的力学性能。因此本发明提供了一种镁基无定形体及其制备方法，用以发展我国非晶形成及晶化过程的研究及应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一在于提供一种少组元、压缩强度强且无塑性变形的镁基无定形体；目的之二在于提供一种镁基无定形体的制备方法。
[0007]为了实现上述目的和一些其他目的，本发明提供一种镁基无定形体，其特征在于，镁基无定形体的组成如下通式所示:Mg87_xCuxDy13，其中，22≤x≤32。
[0008]优选的是，X为22、27或32。
[0009]优选的是，X为27或32。
[0010]优选的是，X为27。
[0011]优选的是,X为27时,无定形体最大直径为8mm,压缩强度为621.84MPa,无塑性变形。
[0012]一种所述镁基无定形体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0013]按照镁基无定形体的组成的通式所示的重量比将单金属原料块加入到熔炼装置中融化，并反复熔炼4-6次，冷却后获得母合金块，其中，熔炼温度为:1100K-1200K，每次熔炼时间为I~2min,并保温2~3min。
[0014]优选的是，所述单金属原料块在熔炼之前还要进行预处理过程，预处理过程为将单金属原料块进行打磨，之后放入清洗溶液中并在频率为40KHz微声波下清洗5min。
[0015]优选的是，所述清洗溶液为丙酮溶液。
[0016]优选的是，所述镁基无定形体的制备方法还包括以下步骤:将所述母合金块转移入高频感应炉中，在感应温度1000K-1100K下熔炼3-5min，之后用高纯Ar气将再次熔炼之后的母合金液快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得镁基无定形体块体。
[0017]优选的是，所述熔炼装置为真空电弧熔炼炉，熔炼之前首先抽真空，真空度达到
1X 10_3Pa~3X 10_3Pa后充入1O5Pa高纯氩气；将所述母合金块转移入高频感应炉中之前，首先调节感应炉真空度为3 X KT3Pa~5X 10_3Pa，之后冲高纯氩气使真空度105Pa。
[0018]镁具有1.74g/cm3的最小密度、丰富的地球资源及可再生循环利用等独特优势，因此在大量合金中Mg基无定形体颇具吸引力。Mg基块状无定形体因质量轻、强度高而具有广阔发展前景新型的轻质结构材料，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料。特别是人们研究了各类Mg-Cu-Re (稀土元素)合金，各种稀土元素(Re)具有十分相似的性能，但包含它们的Mg-Cu-Re合金的非晶形成能力却相差很大。对于Mg65Cu25Reltl合金，Re为Ce和La时形成不了块状非晶。Re为Gd时，Mg65Cu25Gd10确具有较强非晶形成能力。本发明 申请人:用Dy代替Mg65Cu25Gdltl中的Gd，之后对其形成块状非晶可能性进行了研究，并确定出最佳的非晶形成能力。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]I)镁基无定形体Mg87_xCuxDyl3，其中，22≤x≤32范围内都能形成非晶合金，且x为22、27或32时,无定形体最大直径分别为6mm、8mm或7mm,当x为27时,无定形体的压缩强度为621.84MPa，无塑性变形；
[0021]2)单金属原料块加入到熔炼装置中融化，并反复熔炼4-6次，可以使单金属块充分融化并相互融合，使形成的无定形体纯度高，性能更好；
[0022]3)单金属原料块在熔炼之前进行的预处理过程可以将单金属原料块表面杂质清洁干净，保证单金属原料块金属纯度，避免在熔炼过程中带入过多的杂质，使形成的无定形体纯度高；
[0023]4)将所述母合金液转移入高频感应炉中再次熔炼，目的是使无定形体形成更彻底，之后用高纯Ar气将再次熔炼之后的母合金液快速吹推入铜模中，过程中无需接触空气，不会带入其他杂质，使形成的无定形体纯度高。
[0024]5)综上所述，镁基无定形体的制备方法简单，容易操作，设备要求不高，生产条件易与掌握，无定形体纯度高，性能好，可应用于大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明所述镁基无定形体不同直径的合金圆棒的XRD衍射图谱。
[0026]图2为本发明所述镁基无定形体Mg5tlCu37Dy13和Mg7tlCu17Dy13合金圆棒的XRD衍射图谱。
[0027]图3为本发明所述镁基无定形体Mg6tlCu27Dy13与合金通式分别为Mg5tlCu37Dy13和Mg70Cu17Dy13的三种合金应力一应变曲线。【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0029]一、本发明所述镁基无定形体的组成如下通式所示:Mg87_xCuxDy13，其中，22 ≤ X ≤ 32。
[0030]根据上述镁基无定形体的组成通式制备镁基无定形体:
[0031]实施例1
[0032]采用铜模喷注法制备Mg65Cu22Dy13块体无定形体。
[0033]步骤一，采用市售的高纯(99.9% )块状金属，首先按镁基无定形体的组成通式称取单金属原料块，将Mg和Cu块等表面上的氧化膜进行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微声波清洗5min ；
[0034]步骤二，将真空电弧熔炼炉抽真空并充入IO5Pa高纯氩气(氩气纯度为99.999% ),将单金属原料块放入真空电弧熔炼炉加热融化，合金反复熔炼5次，冷却之后得母合金块，其中，熔炼温度为:1100K-1200K，每次熔炼时间为2min，并保温2min ；
[0035]步骤三，调节感应炉真空度3X10_3Pa，然后冲高纯氩气使真空度IO5Pa,之后将母合金块转移入高频感应炉中，在感应温度1000K-1100K下熔炼3min后，高纯Ar气将金属熔体快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得块体无定形体。
[0036]实施例2
[0037]采用铜模喷注法制备Mg6tlCu27Dy13块体无定形体。
[0038]步骤一，采用市售的高纯(99.9% )块状金属，首先按镁基无定形体的组成通式称取单金属原料块，将Mg和Cu块等表面上的氧化膜进行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微声波清洗5min ；
[0039]步骤二，将真空电弧熔炼炉抽真空并充入IO5Pa高纯氩气(氩气纯度为99.999% ),将单金属原料块放入真空电弧熔炼炉加热融化，合金反复熔炼5次，冷却之后得母合金块，其中，熔炼温度为:1100K-1200K，每次熔炼时间为lmin，并保温3min ；
[0040]步骤三，调节感应炉真空度4X10_3Pa，然后冲高纯氩气使真空度IO5Pa,之后将母合金块转移入高频感应炉中，在感应温度1000K-1100K下熔炼4min后，高纯Ar气将金属熔体快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得块体无定形体。
[0041]实施例3
[0042]采用铜模喷注法制备Mg55Cu32Dy13块体无定形体。
[0043]步骤一，采用市售的高纯(99.9% )块状金属，首先按镁基无定形体的组成通式称取单金属原料块，将Mg和Cu块等表面上的氧化膜进行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微声波清洗5min ；
[0044]步骤二，将真空电弧熔炼炉抽真空并充入IO5Pa高纯氩气(氩气纯度为99.999% ),将单金属原料块放入真空电弧熔炼炉加热融化，合金反复熔炼5次，冷却之后得母合金块，其中，熔炼温度为:1100K-1200K，每次熔炼时间为2min，并保温3min ；
[0045]步骤三，调节感应炉真空度5X10_3Pa，然后冲高纯氩气使真空度IO5Pa,之后将母合金块转移入高频感应炉中，在感应温度1000K-1100K下熔炼5min后，高纯Ar气将金属熔体快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得块体无定形体。
[0046]对比例I
[0047]采用铜模喷注法制备Mg5tlCu37Dy13块体无定形体。采用市售的高纯(99.9% )块状金属，首先按配比选取原材料，将Mg和Cu块等表面上的氧化膜进行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微声波清洗5分钟。将真空电弧熔炼炉抽真空并充入IO5Pa高纯氩气(氩气纯度为99.999%)，将原料放入真空电弧熔炼炉加热融化，合金反复熔炼5次。制备得到的母合金高频感应炉中；调节感应炉真空度3 X 10_3Pa~5 X 10?,然后冲高纯氩气使真空度IO5Pa,在感应温度1000K-1100K下熔炼3_5min后，高纯Ar气将金属熔体快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得块体无定形体。
[0048]对比例2[0049]采用铜模喷注法制备Mg7tlCu17Dy13块体无定形体。采用市售的高纯(99.9% )块状金属，首先按配比选取原材料，将Mg和Cu块等表面上的氧化膜进行打磨，放入清洗溶液(丙酮溶液)中并通以微声波清洗5分钟。将真空电弧熔炼炉抽真空并充入IO5Pa高纯氩气(氩气纯度为99.999%)，将原料放入真空电弧熔炼炉加热融化，合金反复熔炼5次。制备得到的母合金高频感应炉中；调节感应炉真空度3 X 10_3Pa~5 X 10?,然后冲高纯氩气使真空度IO5Pa,在感应温度1000K-1100K下熔炼3_5min后，高纯Ar气将金属熔体快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得块体无定形体。
[0050]二、检测实施例1-3和对比例1-2中应用本发明所述镁基无定形体的制备方法获得的无定形体块的无定形形成能力的最佳值和较好的力学性能。
[0051]如图1所示，Mg55Cu32Dy13合金X射线衍射图谱，从图1可以看出直径为7mm时，由非晶特有的单一的宽泛衍射峰组成，即为非晶态，临界直径尺寸增加到8_时，出现了明锐的晶态衍射峰，不是单一的非晶组织，得出Mg55Cu32Dy13合金的临界直径尺寸分别为7mm ；Mg6tlCu27Dy13合金X射线衍射图谱，从图1可以看出直径为8mm时，由非晶特有的单一的宽泛衍射峰组成，即为非晶态，临界直径尺寸增加到9_时，出现了明锐的晶态衍射峰，不是单一的非晶组织，得出Mg6tlCu27Dy13合金的临界直径尺寸分别为8mm ；Mg65Cu22Dy13合金X射线衍射图谱，从图1可以看出直径为6_时，由非晶特有的单一的宽泛衍射峰组成，即为非晶态，临界直径尺寸增加到7_时，出现了明锐的晶态衍射峰，不是单一的非晶组织，得出Mg65Cu22Dy13合金的临界直径尺寸分别为6mm。
[0052]如图2所示，直径为3mm的Mg5tlCu37Dy13合金圆棒的XRD衍射图谱为宽衍射峰上叠加有明锐的晶态相峰，不是单一非晶“馒头峰”说明组织为非晶相和晶态相的混合组织，不能形成完全的非晶态。Mg7tlCu17Dy13合金的图谱为宽衍射峰上叠加有明锐的晶态相峰，不是单一非晶“馒头峰”说明组织为非晶相和晶态相的混合组织，不能形成完全的非晶态。
[0053]如图3所示，采用力学性能试验机测试Mg7tlCu17Dy13非晶复合材料的室温压缩性能，其压缩过程的应力应变曲线为a曲线所示，Mg7tlCu17Dy13合金压缩起始阶段的曲线为一直线，表明发生的是弹性变形，在压缩强度达561.27MPa后曲线出现拐点，斜率变小，发生塑性变形，产生加工硬化现象，直到压缩强度达到约702.38MPa后断裂，期间的塑性变形率约为0.8%。Mg60Cu27Dy13压缩过程的应力应变曲线为b曲线所示，可见Mg6tlCu27Dy13无定形体经历单一的弹性变形，而无塑性变形，即屈服和断裂同时发生。Mg6tlCu27Dy13合金在压缩强度为621.84MPa时断裂。Mg5tlCu37Dy13压缩过程的应力应变曲线为c曲线所示，合金经历为单一的弹性变形，而无塑性变形，即屈服和断裂同时发生，Mg5tlCu37Dy13合金在压缩强度仅为368.16MPa时即断裂。
[0054]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里 示出的实施例。
【权利要求】
1.一种镁基无定形体，其特征在于，镁基无定形体的组成如下通式所示:Mg87_xCuxDy13，其中，22≤X≤32。
2.如权利要求1所述的镁基无定形体及其制备方法，其特征在于，X为22、27或32。
3.如权利要求2所述的镁基无定形体及其制备方法，其特征在于，X为27或32。
4.如权利要求3所述的镁基无定形体及其制备方法，其特征在于，X为27。
5.如权利要求3所述的镁基无定形体及其制备方法，其特征在于，X为27时，镁基无定形体最大直径为8mm,压缩强度为621.84MPa,无塑性变形。
6.一种如权利要求1所述镁基无定形体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:按照权利要求1所述镁基无定形体的组成的通式所示的重量比将单金属原料块加入到熔炼装置中融化，并反复熔炼4-6次,冷却后获得母合金块,其中,熔炼温度为:1100K-1200K,每次熔炼时间为1~2min,并保温2~3min。
7.如权利要求5所述镁基无定形体的制备方法，其特征在于，所述单金属原料块在熔炼之前还要进行预处理过程，预处理过程为将单金属原料块进行打磨，之后放入清洗溶液中并在频率为40KHz微声波下清洗5min。
8.如权利要求6所述镁基无定形体的制备方法，其特征在于，所述清洗溶液为丙酮溶液。
9.如权利要求5所述镁基无定形体的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤:将所述母合金块转移入高频感应炉中，在感应温度1000K-1100K下熔炼3-5min，之后用高纯Ar气将再次熔炼之后的母合金液快速吹推入铜模，随铜模冷却即制得镁基无定形体块体。
10.如权利要求9所述镁基无定形体的制备方法，其特征在于，所述熔炼装置为真空电弧熔炼炉，熔炼之前首先抽真空，真空度达到lX10_3Pa~3X10_3Pa后充入IO5Pa高纯氩气；将所述母合金块转移入高频感应炉中之前，首先调节感应炉真空度为3X KT3Pa~5X10_3Pa，之后冲高纯氩气使真空度105Pa。
【文档编号】C22C45/00GK103952649SQ201410209534
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】司颐 申请人:辽宁石化职业技术学院