本发明涉及合金材料制备领域，具体涉及一种铜基大块非晶合金的制备方法。
背景技术：
从90年代以来，大块非晶合金的研发引起了国内外材料领域的广泛兴趣和重视，成为新材料领域的热门的前沿课题，国内外材料科学家开展了广泛的研究工作，取得了很多重要的研究成果。因为大块非晶合金具有优异的力学、物理、化学性能，例如某些大块非晶合金材料具有极高的强度、硬度和耐腐蚀性能，其强度可达2000MPa以上，可作为高强度结构材料。因此，大块非晶合金材料在航空、航天、汽车、精密制造、仪器仪表、电子通讯与计算机、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
Cu基大块非晶合金是近年来开发出的新的非晶体系，这种非晶合金有较大的玻璃形成能力和相对低的成本，它的拉伸断裂强度比晶体的高得多，可达2000MPa～2400MPa，同时具有一定的塑性，与Zr基、Pd基大块非晶合金相比，其强度也处于领先地位，可以作为超高强度结构材料。因此，研究开发制备工艺流程简单，且具有高强度高玻璃形成能力的Cu基大块非晶合金在工程上具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铜基大块非晶合金的制备方法，解决铜基大块非晶合金制备工艺流程复杂、强度和玻璃形成能力不够高的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种铜基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3；
(2)于氩气气氛保护下，在电弧炉中将步骤(1)配制得到的原料混合均匀，在180A/cm2～210A/cm2的电流密度下熔炼60s，完成第一次熔炼；
(3)在与第一次熔炼相同的条件下再进行4次熔炼，制得母合金铸锭；
(4)将母合金铸锭重新熔化，采用铜模铸造法制得铜基大块非晶合金。
5种元素的原子半径分别为：铜0.128nm，锆0.160nm，钛0.147nm，镍0.124nm，钇0.227nm，除Cu-Ni和Ti-Ni原子对外，其它原子对的尺寸差比率都高于12％，基本满足Inoue的三条经验准则。其中钇的原子半径与其他元素的原子半径差距较大，有助于制备得到高玻璃形成能力的合金。
其中，步骤(1)中各元素原料的纯度不低于99.5％。
其中，步骤(2)中所述电流密度为200A/cm2。
其中，步骤(4)中铜模的冷却速度为100K/s。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种铜基大块非晶合金的制备方法，通过简化制备工艺流程并优化合金配比，制备得到了高强度高玻璃形成能力的铜基大块非晶合金。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明Cu54Zr22Ti15Ni6Y3玻璃合金棒的断裂面形貌扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明一种铜基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3，其中，各元素原料的纯度不低于99.5％；
(2)于氩气气氛保护下，在电弧炉中将步骤(1)配制得到的原料混合均匀，在180A/cm2的电流密度下熔炼60s，完成第一次熔炼；
(3)在与第一次熔炼相同的条件下再进行4次熔炼，制得母合金铸锭；
(4)将母合金铸锭重新熔化，采用铜模铸造法，控制冷却速度为100K/s，制得铜基大块非晶合金。
采用差式扫描分析仪检测非晶合金棒的玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx。测得Tg＝714.62K，Tx＝751.07K，计算得△Tx＝Tx-Tg＝36.45K，表现出比较高的非晶形成能力，较高的玻璃形成能力。
采用万能材料试验机进行大块非晶合金的压缩实验，测量机械性能，试样尺寸为直径2mm，长度4mm，应变速率5.0×10-4/s。测得Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的强度为1985MPa。
采用维氏显微硬度计测量大块非晶合金的硬度，加载载荷为200g，Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的维氏硬度为646。
实施例2
本发明一种铜基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3，其中，各元素原料的纯度不低于99.5％；
(2)于氩气气氛保护下，在电弧炉中将步骤(1)配制得到的原料混合均匀，在210A/cm2的电流密度下熔炼60s，完成第一次熔炼；
(3)在与第一次熔炼相同的条件下再进行4次熔炼，制得母合金铸锭；
(4)将母合金铸锭重新熔化，采用铜模铸造法，控制冷却速度为100K/s，制得铜基大块非晶合金。
采用差式扫描分析仪检测非晶合金棒的玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx。测得Tg＝682.65K，Tx＝721.51K，计算得△Tx＝Tx-Tg＝38.86K，表现出比较高的非晶形成能力，较高的玻璃形成能力。
采用万能材料试验机进行大块非晶合金的压缩实验，测量机械性能，试样尺寸为直径2mm，长度4mm，应变速率5.0×10-4/s。测得Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的强度为2050MPa。
采用维氏显微硬度计测量大块非晶合金的硬度，加载载荷为200g，Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的维氏硬度为670。
实施例3
本发明一种铜基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3，其中，各元素原料的纯度不低于99.5％；
(2)于氩气气氛保护下，在电弧炉中将步骤(1)配制得到的原料混合均匀，在200A/cm2的电流密度下熔炼60s，完成第一次熔炼；
(3)在与第一次熔炼相同的条件下再进行4次熔炼，制得母合金铸锭；
(4)将母合金铸锭重新熔化，采用铜模铸造法，控制冷却速度为100K/s，制得铜基大块非晶合金。
采用差式扫描分析仪检测非晶合金棒的玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx。测得Tg＝692.88K，Tx＝730.10K，计算得△Tx＝Tx-Tg＝37.22K，表现出比较高的非晶形成能力，较高的玻璃形成能力。
采用万能材料试验机进行大块非晶合金的压缩实验，测量机械性能，试样尺寸为直径2mm，长度4mm，应变速率5.0×10-4/s。测得Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的强度为2155MPa。
采用维氏显微硬度计测量大块非晶合金的硬度，加载载荷为200g，Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的维氏硬度为668。
如图1所示，采用扫描电镜观察试样断口，断裂面主要由顺利扩展的脉络状花样组成，断裂面形貌特征相同于其它大块非晶合金的断裂形貌，这显示Cu基大块非晶合金具有非常高的断裂强度和一定的塑性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。