专利名称：Nb-Ni-Co三元非晶合金条带及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Nb基非晶合金及其制备方法,具体地说,涉及一种一种Nb-Ni-Co 三元非晶合金条带及其制备方法，该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有高的热稳定性、高的晶化温度和高的硬度。
背景技术：
随着科学技术的发展，人们对具有优异性能的结构/功能材料的需求日益增加。 非晶合金材料因其高强度，高硬度，耐腐蚀、耐磨损等特点得到了广泛的关注。经过不断探索，已有众多非晶合金材料体系被开发出来，包括Zr基、Pd基、Fe基、Mg基、Ti基、Ni基、 Cu基等等。目前已可制备出非晶合金粉末、非晶合金条带和块体非晶合金等多种形态的非晶合金材料。然而迄今为止，Nb基非晶合金却少有报道，见于报道的多为机械合金化方法制备的非晶合金粉末。上世纪70年代，Giessen等报导Ni-Nb合金在Ni含量为40% 66% 原子百分比时可以制备出非晶合金条带，但没有说明其具体用途。2010年Georgarakis等人报导了二元Nb-Si非晶合金条带，但对制备条件的要求极为苛刻，只有当辊轮转速达到 64m/s才能制备出完全非晶态的条带。因此,开发新的合金成分对制备Nb基非晶合金十分重要。Nb是一种高熔点的元素，其熔点高达2477°C，相应地Nb基合金熔点高，因而有很高的热稳定性，具备在高温下使用的潜质；Nb元素具有非常高的氢渗透率，其氢渗透系数比常用的Pd及其合金高出两个数量级，而价格便宜很多；已有的研究表明，非晶合金材料由于其独特的结构而具有良好的透氢能力，部分合金体系的性能已达到甚至超过现有的Pd 及其合金。因此，Nb基非晶合金材料具有在氢渗透方面应用的广阔前景。针对Nb基合金熔点高，非晶形成能力较差等特点，本发明提供了一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的成分及其制备方法，并指出了制备准备该非晶合金条带的参数范围及条带的性能参数。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带,该Nb-Ni-Co 二兀非晶合金条带具有闻的热稳定性、闻的晶化温度和闻的硬度。本发明的技术方案如下—种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带,所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的化学组成为NbaNibCoe ;其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为42彡a彡58. 9， 6 彡 b 彡 42，11. 7 彡 c 彡 35. 1，且 a+b+c = 100。进一步所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为600°C以上。进一步所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的宽度为I 10mm，厚度为20 50 iim。本发明所解决的另一技术问题是提供一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法，以制备得到Nb-Ni-Co 二兀非晶合金条带。
本发明的技术方案如下一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法，包括按照NbaNibCoe的配比进行配料，得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将所述Nb-Ni-Co三元非晶合金原料反复熔炼制成母合金；在真空条件下，将所述母合金置于感应炉中熔化，得到母合金熔料；将所述母合金熔料喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却，得到所述Nb-Ni-Co 三元非晶合金条带；其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为42彡a彡58.9， 6 彡 b 彡 42，11. 7 彡 c 彡 35. 1，且 a+b+c = 100。进一步制备的所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的化学组成为NbaNibCoe ;其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为42彡a彡58.9，6彡b彡42，
11.7 彡 c 彡 35. 1，且 a+b+c = 100。进一步所述铜辊轮表面的线速度为20. 0 40. Om/s。进一步所述铜辊轮表面的线速度为23. 0,26. 2,29. 3或者34. 6m/s。进一步所述感应炉中设置有快速凝固装置。本发明的技术效果如下I、根据本发明Nb-Ni-Co三元非晶合金的配比，本发明可以制备一种Nb基三元非晶合金条带；2、本发明的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有600°C以上的起始晶化温度，具有高的非晶热稳定性，因而可以应用于较高的温度环境；3、本发明的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带还有用作氢分离和纯化材料的潜能。
图I (a) (e)是本发明的实施例1_5制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的X射线衍射分析(XRD)图谱；图2(a) (e)是本发明的实施例1_5制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的差式热量扫描分析(DSC)曲线。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的具体实施方式
进行说明。实施例I :制备Nb42Ni4ciCo18三元非晶合金条带使用纯度为99. 5%以上的原料Nb、Ni、Co，按照NbaNibCoe配比进行配料，a、b和c 表示各元素的原子百分数，其中，a = 42、b = 40、c = 18,得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将配制的Nb-Ni-Co三元非晶合金原料用电弧熔方式炼制成母合金锭， 并翻转母合金锭反复熔炼4次上，以保证合金锭中成分均匀；在真空条件下，将母合金置于设置有快速凝固装置的感应炉中熔化，得到过热约100 300°C的合金熔体；将得到的母合金熔料喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却凝固，铜辊轮表面旋转的线速度约为23. Om/ s,得到成分为Nb42Ni4ciCo18的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带。所制备的非晶合金条带样品的条带宽约2_，厚约30 Pm。通过调整喷铸尺寸、铜辊线速度等工艺参数可使条带的宽度和厚度分别约在I IOmm和20 50 ii m的范围内变动。采用X射线衍射仪(XRD)检测制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的结构，其中， 所用X射线衍射仪为日本理学Rigaku D/max-RB,采用Cu K a靶材，扫描速度为8。/min ； 采用差式扫描量热仪(DSC)分析制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的非晶特征转变温度， 其中，所用差式扫描量热仪为日本精工电子SII 6300型高温差式扫描量热仪，扫描速度为 20° /min ;采用显微硬度仪测试制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度值，测量 5次以上，取平均值，并给出最大误差范围，其中，所用显微硬度仪为MH-3型显微硬度测试仪，加载载荷为100g，保载时间为10s。如图I (a)所示，是本发明的实施例I制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的X射线衍射分析(XRD)图谱。XRD图谱中仅有馒头状的漫散射峰，而没有与晶态材料相对应的尖锐衍射峰，表明所制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带样品为完全非晶结构。如图2 (a)所示，是本发明的实施例I制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的差式热量扫描分析(DSC)曲线。DSC测试结果表明该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为640°C，具有良好的热力学稳定性。采用显微硬度检测仪器测试样品硬度。测试结果表明，该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度为785. 2±29. 5Hv。可见该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有很高的硬度。实施例2 :制备Nb46.3Ni42Con.7三元非晶合金条带使用纯度为99. 5%以上的原料Nb、Ni、Co，按照NbaNibCoe配比进行配料，a、b和c 表示各元素的原子百分数，其中，a = 46. 3、b = 42、c = 11. 7,得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将配制的Nb-Ni-Co三元非晶合金原料用电弧熔方式炼制成母合金锭，并翻转母合金锭反复熔炼4次上，以保证合金锭中成分均匀；在真空条件下,将母合金置于设置有快速凝固装置的感应炉中熔化，得到过热约100 300°C的合金熔体；将得到的母合金熔体喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却凝固，铜辊轮表面旋转的线速度约为 26. 2m/s,得到成分为Nb46.3Ni42Con.7的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带。所制备的非晶条带样品有3种窄条带宽度约1mm，厚约20 u m ;中等宽度条带的宽度约4mm，厚度约30 y m ;宽条带宽度约10mm，厚约50 ym。通过调整喷铸尺寸、铜辊线速度等工艺参数可使条带的宽度和厚度分别约在I IOmm和20 50 ii m的范围内变动。采用X射线衍射仪(XRD)检测制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的结构，其中， 所用X射线衍射仪为日本理学Rigaku D/max-RB,采用Cu K a靶材，扫描速度为8。/min ； 采用差式扫描量热仪(DSC)分析制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的非晶特征转变温度， 其中，所用差式扫描量热仪为日本精工电子SII 6300型高温差式扫描量热仪，扫描速度为 20° /min ;采用显微硬度仪测试制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度值，测量 5次以上，取平均值，并给出最大误差范围，其中，所用显微硬度仪为MH-3型显微硬度测试仪，加载载荷为100g，保载时间为10s。如图I (b)所示，是本发明的实施例2制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带(宽条带)的X射线衍射分析(XRD)图谱。XRD图谱中仅有馒头状的漫散射峰，而没有与晶态材料相对应的尖锐衍射峰，表明所制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带样品为完全非晶结构。如图2(b)所示，是本发明的实施例2制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带(宽条带)的差式扫描热量分析(DSC)曲线。DSC测试结果表明该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为636°C，具有良好的热力学稳定性。采用硬度检测仪器测试样品硬度。测试结果表明，该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带 (宽条带)的显微硬度为812. 4±25. 9Hv。可见该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有很高的硬度。实施例3 :制备Nb5(l.5Ni3(lCo19.5三元非晶合金条带使用纯度为99. 5%以上的原料Nb、Ni、Co，按照NbaNibCoe配比进行配料，a、b和c 表示各元素的原子百分数，其中，a = 50. 5、b = 30、c = 19. 5,得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将配制的Nb-Ni-Co三元非晶合金原料用电弧熔方式炼制成母合金锭，并翻转母合金锭反复熔炼4次上，以保证合金锭中成分均匀；在真空条件下,将母合金置于设置有快速凝固装置的感应炉中熔化，得到过热约100 300°C的合金熔体；将得到的母合金熔料喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却凝固，铜辊轮表面旋转的线速度约为 26. 2m/s,得到成分为Nb5(l.5Ni3(lCo19.5的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带。所制备的非晶条带样品有3种窄条带宽约1mm，厚约20 u m ;中等宽度条带带宽3mm，厚约30 y m ;宽条带宽度约 10mm，厚约50 ym。通过调整喷铸尺寸、铜辊线速度等工艺参数可使条带的宽度和厚度分别约在I IOmm和20 50 的范围内变动。采用X射线衍射仪(XRD)检测制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的结构，其中， 所用X射线衍射仪为日本理学Rigaku D/max-RB,采用Cu K a靶材，扫描速度为8。/min ； 采用差式扫描量热仪(DSC)分析制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的非晶特征转变温度， 其中，所用差式扫描量热仪为日本精工电子SII 6300型高温差式扫描量热仪，扫描速度为 20° /min ;采用显微硬度仪测试制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度值，测量 5次以上，取平均值，并给出最大误差范围，其中，所用显微硬度仪为MH-3型显微硬度测试仪，加载载荷为100g，保载时间为10s。如图I (c)所示，是本发明的实施例3制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带(宽条带)的X射线衍射分析(XRD)图谱。XRD图谱中仅有馒头状的漫散射峰，而没有与晶态材料相对应的尖锐衍射峰，表明所制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带样品为完全非晶结构。如图2(c)所示，是本发明的实施例3制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带(宽条带)的差式热量扫描分析(DSC)曲线。DSC测试结果表明该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为678°C，具有良好的热力学稳定性。采用硬度检测仪器测试样品硬度。测试结果表明，该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带 (宽条带)的显微硬度为856. 7±26. 4Hv。可见该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有很高的硬度。实施例4 :制备Nb54.7Ni18Co27.3三元非晶合金条带使用纯度为99. 5%以上的原料Nb、Ni、Co，按照NbaNibCoe配比进行配料，a、b和c 表示各元素的原子百分数，其中，a = 54. 7、b = 18、c = 27. 3,得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将配制的Nb-Ni-Co三元非晶合金原料用电弧熔方式炼制成母合金锭，并翻转母合金锭反复熔炼4次上，以保证合金锭中成分均匀；在真空条件下,将母合金置于设置有快速凝固装置的感应炉中熔化，得到过热约100 300°C的合金熔体；将得到的母合金熔料喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却凝固，铜辊轮表面旋转的线速度约为 29. 3m/s,得到成分为Nb54.7Ni18Co27.3的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带。所制备的非晶合金条带样品的条带宽约2mm，厚约30 u m,通过调整喷铸尺寸、铜辊线速度等工艺参数可使条带的宽度和厚度分别约在I IOmm和20 50 的范围内变动。采用X射线衍射仪(XRD)检测制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的结构，其中， 所用X射线衍射仪为日本理学Rigaku D/max-RB,采用Cu K a靶材，扫描速度为8。/min ； 采用差式扫描量热仪(DSC)分析制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的非晶特征转变温度， 其中，所用差式扫描量热仪为日本精工电子SII 6300型高温差式扫描量热仪，扫描速度为 20° /min ;采用显微硬度仪测试制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度值，测量 5次以上，取平均值，并给出最大误差范围，其中，所用显微硬度仪为MH-3型显微硬度测试仪，加载载荷为100g，保载时间为10s。如图I (d)所示，是本发明的实施例4制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的X射线衍射分析(XRD)图谱。XRD图谱中仅有馒头状的漫散射峰，而没有与晶态材料相对应的尖锐衍射峰，表明所制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带样品为完全非晶结构。如图2(d)所示，是本发明的实施例4制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的差式热量扫描分析(DSC)曲线。DSC测试结果表明该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为696°C，具有良好的热力学稳定性。采用硬度检测仪器测试样品硬度。测试结果表明，该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度为943. 2±24. lHv。可见该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有很高的硬度。实施例5 :制备Nb58.9Ni6Co35.1三元非晶合金条带使用纯度为99. 5%以上的原料Nb、Ni、Co，按照NbaNibCoe配比进行配料，a、b和c 表示各元素的原子百分数，其中，a = 58. 9、b = 6、c = 35. I,得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将配制的Nb-Ni-Co三元非晶合金原料用电弧熔方式炼制成母合金锭， 并翻转母合金锭反复熔炼4次上，以保证合金锭中成分均匀；在真空条件下，将母合金置于设置有快速凝固装置的感应炉中熔化，得到过热约100 300°C的合金熔体；将得到的母合金熔料喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却凝固，铜辊轮表面旋转的线速度约为34. 6m/ s,得到成分为Nbm9Ni6Co3U的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带。所制备的非晶合金条带样品的条带宽约1_，厚约25 u m,通过调整喷铸尺寸、铜辊线速度等工艺参数可使条带的宽度和厚度分别约在I IOmm和20 50 的范围内变动。采用X射线衍射仪(XRD)检测制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的结构，其中， 所用X射线衍射仪为日本理学Rigaku D/max-RB,采用Cu K a靶材，扫描速度为8。/min ； 采用差式扫描量热仪(DSC)分析制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的非晶特征转变温度， 其中，所用差式扫描量热仪为日本精工电子SII 6300型高温差式扫描量热仪，扫描速度为 20° /min ;采用显微硬度仪测试制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度值，测量 5次以上，取平均值，并给出最大误差范围，其中，所用显微硬度仪为MH-3型显微硬度测试仪，加载载荷为100g，保载时间为10s。如图I (e)所示，是本发明的实施例5制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的X射线衍射分析(XRD)图谱。XRD图谱中仅有馒头状的漫散射峰，而没有与晶态材料相对应的尖锐衍射峰，表明所制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带样品为完全非晶结构。如图2(e)所示，是本发明的实施例5制备的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的差式热量扫描分析(DSC)曲线。DSC测试结果表明该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为712°C，具有良好的热力学稳定性。采用硬度检测仪器测试样品硬度。测试结果表明，该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的显微硬度为952. 0±27. OHv。可见该Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有很高的硬度。
权利要求
1.一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带，其特征在于所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的化学组成为NbaNibCo。；其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为 42 ^ a ^ 58. 9,6 ^ b ^ 42,11. 7 ^ c ^ 35. 1，且 a+b+c = 100。
2.如权利要求I所述的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带，其特征在于所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的起始晶化温度为600°C以上。
3.如权利要求I所述的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带，其特征在于所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的宽度为I IOmm,厚度为20 50 ii m。
4.一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法,包括按照NbaNibCoe的配比进行配料，得到Nb-Ni-Co三元非晶合金原料；在真空电弧炉中将所述Nb-Ni-Co三元非晶合金原料反复熔炼制成母合金；在真空条件下，将所述母合金置于感应炉中熔化，得到母合金熔料；将所述母合金熔料喷射到高速旋转的铜辊轮表面快速冷却，得到所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带；其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为42 < a < 58. 9，6 < b < 42，11.7 彡 c 彡 35. 1，且 a+b+c = 100。
5.如权利要求4所述的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法，其特征在于制备的所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的化学组成为NbaNibCoe ;其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为42彡a彡58. 9，6彡b彡42，11. 7彡c彡35. 1，且a+b+c = 100。
6.如权利要求4所述的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法,其特征在于所述铜辊轮表面的线速度为20. 0 40. Om/s。
7.如权利要求6所述的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法,其特征在于所述铜辊轮表面的线速度为23. 0,26. 2,29. 3或者34. 6m/s。
8.如权利要求4所述的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法,其特征在于所述感应炉中设置有快速凝固装置。
全文摘要
本发明公开了一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带，所述Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的化学组成为NbaNibCoc；其中，a、b和c表示各元素的原子百分数，取值范围分别为42≤a≤58.9，6≤b≤42，11.7≤c≤35.1，且a+b+c＝100。本发明还提供了一种Nb-Ni-Co三元非晶合金条带的制备方法。通过本发明得到的Nb-Ni-Co三元非晶合金条带具有高的热稳定性、高的晶化温度和高的硬度。
文档编号B22D11/06GK102534440SQ20121005070
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者丁红瑜, 姚可夫 申请人:清华大学