专利名称：一种块状非晶及纳米晶合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及非晶态合金，特别提供了一种块状非晶及纳米晶合金的制备方法。
目前制备非晶态材料的主要方法包括两大类，其一为液相急冷法，基本原理是先将金属或合金加热熔融成液态，然后通过各种不同的途径使它们以105～105℃/sec的高速冷却，使液态金属的无序结构得以保持下来而形成非晶态，样品呈几微米到几十微米厚的薄片，薄带或细丝状。其二为气相沉积法(原子沉积法)，利用各种不同的工艺将晶态材料的原子或分子离解出来，然后使它们无规则地沉积到低温冷却底板上，从而形成非晶态。由于受导热的限制，一般只能制备出薄膜样品，厚度一般从几百埃到微米量级。这类方法中包括溅射，真空蒸发，辉光放电，电解和化学沉积等不同技术。可以看出，这两类方法受冷却速度等因素的限制，一般只能获得薄片，薄带状样品，即样品最多在二维方向上为大尺寸，尚不能得到三维大尺寸的块状样品。为了制备块状非晶合金产品，其关键在于在提高块状产品的同时又保持其非晶结构，即使产品不发生任何晶化，为达到这一目的，人们在过去尝试利用了一些不同的技术，包括(1)爆炸或冲击成型；(2)热模压结；(3)热挤压；(4)动态压结。这些方法中，大部分以非晶粉为原料，由于非晶粉的比表面积高，极易氧化，对工艺有较高要求，工业化生产存在困难。
本发明的目的在于提供一种较为适于工业化生产的块状非晶及纳米晶合金的制备技术。
本发明提供了一种块状非晶及纳米晶合金的制备方法，适用于具有较宽粘滞流变温区的非晶态合金体系，包括Ni基，Al基，Fe基系列非晶态合金，其特征在于(1)以合金的非晶态薄片，薄带或细丝为原料，其非晶含量在80％以上；(2)工艺过程为---原料清洗；---将原料放置于模具中，在室温下以小于200MPa的压力初步成型；---将初步成型产品置于真空炉中，在温度和压力下真空烧结，压制温度限定在该非晶态合金玻璃转变温度至晶化温度之间，施加压力在500MPa～3000MPa之间，真空度小于10-1Pa，烧结时间0.1～2小时。
本发明是利用非晶态合金的粘滞流变现象制备致密的块状非晶态合金的。非晶态合金在玻璃转变温度到晶化温度之间有效粘度会大大下降(一般下降几个数量级)，此时非晶态合金类呈液态特性，施加一较低压力即可使材料发生均匀流变，获得充分致密的块状非晶态合金，实现本发明的关健是真空热压烧结步骤。真空热压烧结后，将温度进一步升至晶化温度以上，可以获得块状纳米晶合金。本发明由于采用合金的非晶条带作原料，其表面氧化层及污迹的清洗是常规技术，极易实现，另外其真空热压烧结的温度，压力，真空度要求均不很高，较为适于工业化生产，更为重要的是利用本发明制备技术制备的块状非晶及纳米晶合金其致密度高达理论值的95％以上。下面通过实施例详述本发明。
实施例1块状Ni-Fe-Cr-Si-B(即BNi2)非晶态合金的制备原料单辊急冷技术制备的BNi2非晶态合金条带，宽2～3mm，厚约25μm，长约数十米，表面亮洁。
采用10％HCl+3HNO3水溶液，将上述条带清洗10分钟，取出后用酒精清洁2遍，干燥后将约5g重的条带装入φ10mm的模具中，在室温下施加100MPa压力冷压10min，然后连同模具一起移入一真空热压烧结炉中，烧结炉真空度为1--2Pa。升温至450～500℃，采用1.5GPa的压力压制1小时，冷却后退模，获得一直径为10mm，高度约5mm的块状材料，经检验确定致密度高达理论值的99％以上，且完全为非晶态结构。
实施例2块状Al85Y10Ni5非晶态合金的制备原料单辊急冷技术制备的Al65Y10Ni5非晶态合金条带，宽1～2mm，厚约30μm，长约数米，表面亮洁。
将上述条带2g清洗后装入φ8mm的模具中，在室温下施加50MPa压力，冷压10min，然后移入一真空热压烧结炉中(真空度为10-2Pa)，升温至300℃，采用500MPa压力热压烧结1小时，冷却后退模，获得一直径为8mm，高约5mm的块状非晶材料，致密度达理论值的98％。若在300℃烧结后，进一步升温至400℃，保温30分钟，冷却后即可获同样尺寸的纳米晶块材，经X-射线衍射测定晶粒度为12nm。
实施例3块状Fe-Mo-Si-B非晶态合金的制备以单辊急冷技术制造的Fe-Mo-Si-B非晶态合金条带(宽5mm，厚约20μm)，10g为原料，清洗后装入φ15mm的模具中，在室温下预加100MPa压力压制20min，再移入一真空热压烧结炉中(真空度为1--5Pa)，升温至500℃，采用1000MPa压力热压烧结1.5小时，冷却后退模，获得一直径为15mm，高约6mm的块状非晶材料，致密度达理论值的98％。
权利要求
1.一种块状非晶及纳米晶合金的制备方法，适用于具有较宽粘滞流变温区的非晶态合金体系，包括Ni基，Al基，Fe基系列非晶态合金，其特征在于(1)以合金的非晶态薄片，薄带或细丝为原料，其非晶含量在80％以上；(2)工艺过程为---原料清洗；---将原料放置于模具中，在室温下以小于100MPa的压力初步成型；---将初步成型产品置于真空炉中，在温度和压力下真空烧结，压制温度限定在该非晶态合金玻璃转变温度至晶化温度之间，施加压力在500MPa～3000MPa之间，真空度小于10-1Pa，烧结时间0.1～2小时。
2.按权利要求1所述块状非晶及纳米晶合金的制备方法，其特征在于真空热压烧结后，将温度进一步升至晶化温度以上，保温0.1～4小时，可以获得块状纳米晶合金。
全文摘要
一种块状非晶及纳米晶合金的制备方法,其特征在于:以合金的非晶态薄片,薄带或细丝为原料,其非晶含量为80%以上;将原料放置于模具中,在室温下以小于100MPa的压力初步成型;将初步成型产品置于真空炉中,在温度和压力下真空烧结,压制温度限定在该非晶态合金玻璃转变温度至晶化温度之间,施加压力在500MPa～3000MPa之间,真空度小于10
文档编号C22C1/04GK1191901SQ9710124
公开日1998年9月2日 申请日期1997年2月25日 优先权日1997年2月25日
发明者周飞, 张星航, 郭发强, 杜益君, 卢柯 申请人:中国科学院金属研究所