一種厘米級尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及非晶態合金領域，具體地說是涉及一種利用元素替換的方法，制備的 一系列具有較低玻璃化轉變溫度和較高熱穩定性的厘米級尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非 晶合金。
【背景技術】
[0002] 非晶合金是上個世紀60年代開始開發的一種新型金屬材料，與普通的晶態合金 相比，因其具有更加優異的力學性能、磁學性能、抗腐蝕性能以及生物兼容性，從而受到了 材料領域的廣泛關注，并被認為具有極其廣泛的應用潛力。
[0003] 上個世紀90年代，La-Al-Ni非晶棒材被成功制備以來，稀土基非晶合金因其科研 和應用領域的重要性而獲得材料領域的廣泛關注。2004年，中科院物理研究所汪衛華課題 組成功開發了Ce-Al-Cu塊體非晶合金，這種Ce基非晶合金低于開水溫度的玻璃化轉變溫 度，使其在較低的溫度下就很容易進行熱塑性變形，被稱之為"非晶金屬塑料"，這種低玻璃 轉變溫度的塊體金屬玻璃可以在加工應用中極大的減低加工條件，從而大幅度降低加工成 本，有助于其在精密零部件和微納米加工方面的廣泛應用。
[0004] 元素替換，就是用一種或者多種元素去替換既定合金中的一種或者多種元素，從 而獲得所需性能的一種方法。在非晶合金中，通常通過元素替換來提高非晶合金的玻璃形 成能力，這種方法在Zr基、La基和Fe基等多個合金體系中得到很好驗證。
[0005] 中國的稀土蘊藏量和產量在世界上都是排第一位，Ce基塊體非晶合金主要成分是 稀土元素，并且具有優異的性能，成本與其他貴金屬塊體非晶合金相比又有很大優勢。因 此，Ce基非晶合金的研發對于充分發揮我國的資源優勢以及提升稀土資源的利用效益都有 重要的意義。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是制備出具有較低玻璃化轉變溫度和較高熱穩定性的厘米級尺寸 的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金。
[0007] 本發明采用如下技術方案：
[0008] 本發明厘米級尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金，其特點在于：其組成為 Ce7(]Gas.5Cu21.5xNix，L5彡X彡8. 5,其中X為Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金中Ni元素的原 子百分數。
[0009] 本發明的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金，其特點也在于：所述的Ce-Ga-Cu-Ni系 大塊非晶合金所用合金原材料Ce純度為98. 7-98. 9wt. %，其余的原材料純度均不低于 99. 9wt.%〇
[0010] 所述的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金完全非晶態尺寸的范圍為I. 4-2. 0cm。
[0011] 上述的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金的具體制備過程如下：
[0012] 1、母合金的制備：按照上述的原子百分比進行配料，然后在高純Ar氣氛保護下， 通過電弧爐熔煉，為了保證母合金鑄錠的成分均勻，鑄錠在爐內配合電磁攪拌，反復翻轉熔 煉4次以上。
[0013] 2、吸鑄：將步驟1制得的母合金鑄錠重新熔化，利用真空吸鑄裝置，將熔融狀態下 的母合金吸鑄到圓柱形水冷銅模中。
[0014] 上述Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金采用水冷銅模吸鑄法制備，所用設備型號為： WK系列非自耗真空電弧熔煉爐，物科光電，中國（北京）。
[0015] 上述Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金的非晶結構特性采用X射線衍射法（XRD)檢 測，所用型號為：X'PertProMPDX射線衍射儀，帕納科（Panalytical)，荷蘭。
[0016] 上述Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金的熱力學性能采用差示掃描量熱法（DSC)獲 得，所用設備型號為：DSC8000,帕金埃爾默（PerkinElmer)，美國。
[0017] 本發明有益效果體現在：
[0018] (1)本發明的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金在較寬的成分范圍內均表現出優 異的玻璃化形成能力，可以形成臨界直徑為厘米級的塊體非晶合金，當非晶合金成分為 Ce70Ga8.5〇118.5附3時，甚至能獲得20mm的非晶棒材，可以滿足工業加工領域的尺寸要求；
[0019] (2)本發明的Ce-Ga-Cu-Ni系大塊非晶合金具有較寬的過冷液相區和不高于450K 的玻璃化轉變溫度，可以在較低的溫度下進行超塑性變形，適合非晶合金低成本下的工業 加工。
【附圖說明】
[0020] 圖1為實施例1-5和對比例制備的合金的XRD圖，試驗使用Cu靶的Ka射線，功率 8kW，掃描速度：4° /min;
[0021] 圖2為實施例1-5和對比例制備的合金的DSC曲線，加熱速率20K/min。
【具體實施方式】
[0022] 實施例I 大塊非晶合金的制備
[0023] 步驟1 :用原材料純度為98. 7-98. 9wt. %的Ce和純度不低于99. 9wt. %的Ga、Cu 和Ni，配制成分為CewGa8. 的合金，然后在高純Ar氣氛保護下，用真空電弧爐熔煉， 為了保證母合金鑄錠成分的均勻，母合金在爐內配合電磁攪拌，反復翻轉熔煉4次以上，冷 卻后得到母合金鑄錠。
[0024] 步驟2 :將步驟1制得的母合金鑄錠重新熔化，利用真空吸鑄裝置，將母合金吸鑄 至Ij14mm的圓柱形水冷銅模中，得到14mmCe7tJGaf^5Cu2tJNi1.5合金棒材。
[0025] 步驟3 :用X射線衍射法表征這些合金的結構，結果如圖I(X= 1. 5)所示，14mm的 Ce70Ga8.合金的XRD譜線上僅存唯一的寬而彌散的饅頭峰，沒有看到明顯與晶體相 相對應的衍射峰存在，這是非晶合金的典型特征，可以斷定這些合金為完全的非晶態組織。
[0026] 步驟4 :用差示掃描量熱法測量樣品的熱力學參數，加熱速率為20K/min。DSC曲 線如圖2(X= 1. 5)所示，各熱力學參數如表1所示。
[0027] 實施例2 :Ce7QGas.5Culs. 5Ni3大塊非晶合金的制備
[0028] 步驟1 :用原材料純度為98. 7-98. 9wt. %的Ce和純度不低于99. 9wt. %的Ga、Cu 和Ni，配制成分為CewGa8.5Culs.5Ni3的合金，然后在高純Ar氣氛保護下，用真空電弧爐熔煉， 為了保證母合金鑄錠成分的均勻，母合金在爐內配合電磁攪拌，反復翻轉熔煉4次以上，冷 卻后得到母合金鑄錠。
[0029] 步驟2 :將步驟1制得的母合金鑄錠重新熔化，利用真空吸鑄裝置，將母合金吸鑄 到20mm的圓柱形水冷銅模中，得到20mm的Ce70Ga8.5Culs.5Ni3合金棒材。
[0030] 步驟3:用X射線衍射法表征這些合金的結構，結果如圖I(X= 3)所示，20mm的 Ce70Ga8.5Culs.5Ni3合金的XRD譜線上僅存唯一的寬而彌散的饅頭峰，沒有看到明顯與晶體相 相對應的衍射峰存在，這是非晶合金的典型特征，可以斷定這些合金為完全的非晶態組織。 直徑20mm半球狀的非晶樣品如圖2所示。
[0031] 步驟4 :用差示掃描量熱法測量樣品的熱力學參數，加熱速率為20K/min。DSC曲 線如圖2(X= 3)所示，各熱力學參數如表1所示。
[0032] 實施例3 :Ce7(]Gas.5Cu16.5Ni5大塊非晶合金的制備