一种厘米级尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非晶态合金领域，具体地说是涉及一种利用元素替换的方法，制备的 一系列具有较低玻璃化转变温度和较高热稳定性的厘米级尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非 晶合金。
【背景技术】
[0002] 非晶合金是上个世纪60年代开始开发的一种新型金属材料，与普通的晶态合金 相比，因其具有更加优异的力学性能、磁学性能、抗腐蚀性能以及生物兼容性，从而受到了 材料领域的广泛关注，并被认为具有极其广泛的应用潜力。
[0003] 上个世纪90年代，La-Al-Ni非晶棒材被成功制备以来，稀土基非晶合金因其科研 和应用领域的重要性而获得材料领域的广泛关注。2004年，中科院物理研究所汪卫华课题 组成功开发了Ce-Al-Cu块体非晶合金，这种Ce基非晶合金低于开水温度的玻璃化转变温 度，使其在较低的温度下就很容易进行热塑性变形，被称之为"非晶金属塑料"，这种低玻璃 转变温度的块体金属玻璃可以在加工应用中极大的减低加工条件，从而大幅度降低加工成 本，有助于其在精密零部件和微纳米加工方面的广泛应用。
[0004] 元素替换，就是用一种或者多种元素去替换既定合金中的一种或者多种元素，从 而获得所需性能的一种方法。在非晶合金中，通常通过元素替换来提高非晶合金的玻璃形 成能力，这种方法在Zr基、La基和Fe基等多个合金体系中得到很好验证。
[0005] 中国的稀土蕴藏量和产量在世界上都是排第一位，Ce基块体非晶合金主要成分是 稀土元素，并且具有优异的性能，成本与其他贵金属块体非晶合金相比又有很大优势。因 此，Ce基非晶合金的研发对于充分发挥我国的资源优势以及提升稀土资源的利用效益都有 重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是制备出具有较低玻璃化转变温度和较高热稳定性的厘米级尺寸 的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金。
[0007] 本发明采用如下技术方案：
[0008] 本发明厘米级尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金，其特点在于：其组成为 Ce7(]Gas.5Cu21.5xNix，L5彡X彡8. 5,其中X为Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金中Ni元素的原 子百分数。
[0009] 本发明的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金，其特点也在于：所述的Ce-Ga-Cu-Ni系 大块非晶合金所用合金原材料Ce纯度为98. 7-98. 9wt. %，其余的原材料纯度均不低于 99. 9wt.%〇
[0010] 所述的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金完全非晶态尺寸的范围为I. 4-2. 0cm。
[0011] 上述的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金的具体制备过程如下：
[0012] 1、母合金的制备：按照上述的原子百分比进行配料，然后在高纯Ar气氛保护下， 通过电弧炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔 炼4次以上。
[0013] 2、吸铸：将步骤1制得的母合金铸锭重新熔化，利用真空吸铸装置，将熔融状态下 的母合金吸铸到圆柱形水冷铜模中。
[0014] 上述Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金采用水冷铜模吸铸法制备，所用设备型号为： WK系列非自耗真空电弧熔炼炉，物科光电，中国（北京）。
[0015] 上述Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金的非晶结构特性采用X射线衍射法（XRD)检 测，所用型号为：X'PertProMPDX射线衍射仪，帕纳科（Panalytical)，荷兰。
[0016] 上述Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金的热力学性能采用差示扫描量热法（DSC)获 得，所用设备型号为：DSC8000,帕金埃尔默（PerkinElmer)，美国。
[0017] 本发明有益效果体现在：
[0018] (1)本发明的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金在较宽的成分范围内均表现出优 异的玻璃化形成能力，可以形成临界直径为厘米级的块体非晶合金，当非晶合金成分为 Ce70Ga8.5〇118.5附3时，甚至能获得20mm的非晶棒材，可以满足工业加工领域的尺寸要求；
[0019] (2)本发明的Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金具有较宽的过冷液相区和不高于450K 的玻璃化转变温度，可以在较低的温度下进行超塑性变形，适合非晶合金低成本下的工业 加工。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1-5和对比例制备的合金的XRD图，试验使用Cu靶的Ka射线，功率 8kW，扫描速度：4° /min;
[0021] 图2为实施例1-5和对比例制备的合金的DSC曲线，加热速率20K/min。
【具体实施方式】
[0022] 实施例I 大块非晶合金的制备
[0023] 步骤1 :用原材料纯度为98. 7-98. 9wt. %的Ce和纯度不低于99. 9wt. %的Ga、Cu 和Ni，配制成分为CewGa8. 的合金，然后在高纯Ar气氛保护下，用真空电弧炉熔炼， 为了保证母合金铸锭成分的均匀，母合金在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷 却后得到母合金铸锭。
[0024] 步骤2 :将步骤1制得的母合金铸锭重新熔化，利用真空吸铸装置，将母合金吸铸 至Ij14mm的圆柱形水冷铜模中，得到14mmCe7tJGaf^5Cu2tJNi1.5合金棒材。
[0025] 步骤3 :用X射线衍射法表征这些合金的结构，结果如图I(X= 1. 5)所示，14mm的 Ce70Ga8.合金的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，没有看到明显与晶体相 相对应的衍射峰存在，这是非晶合金的典型特征，可以断定这些合金为完全的非晶态组织。
[0026] 步骤4 :用差示扫描量热法测量样品的热力学参数，加热速率为20K/min。DSC曲 线如图2(X= 1. 5)所示，各热力学参数如表1所示。
[0027] 实施例2 :Ce7QGas.5Culs. 5Ni3大块非晶合金的制备
[0028] 步骤1 :用原材料纯度为98. 7-98. 9wt. %的Ce和纯度不低于99. 9wt. %的Ga、Cu 和Ni，配制成分为CewGa8.5Culs.5Ni3的合金，然后在高纯Ar气氛保护下，用真空电弧炉熔炼， 为了保证母合金铸锭成分的均匀，母合金在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷 却后得到母合金铸锭。
[0029] 步骤2 :将步骤1制得的母合金铸锭重新熔化，利用真空吸铸装置，将母合金吸铸 到20mm的圆柱形水冷铜模中，得到20mm的Ce70Ga8.5Culs.5Ni3合金棒材。
[0030] 步骤3:用X射线衍射法表征这些合金的结构，结果如图I(X= 3)所示，20mm的 Ce70Ga8.5Culs.5Ni3合金的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，没有看到明显与晶体相 相对应的衍射峰存在，这是非晶合金的典型特征，可以断定这些合金为完全的非晶态组织。 直径20mm半球状的非晶样品如图2所示。
[0031] 步骤4 :用差示扫描量热法测量样品的热力学参数，加热速率为20K/min。DSC曲 线如图2(X= 3)所示，各热力学参数如表1所示。
[0032] 实施例3 :Ce7(]Gas.5Cu16.5Ni5大块非晶合金的制备