具有Cu2MnAl结构的高有序Ni2VAl合金超薄带的制备方法与流程

本发明的技术方案涉及镍基合金，具体地说是具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带的制备方法。

背景技术：

1975年，marazza,ferro和rambaldi首先报道了金属间化合物ni2val。他们将纯ni、纯v、纯al的金属单质利用电弧炉在高纯氩气氛围下熔炼成钮扣状金属合金锭子，然后将样品在500℃在氩气保护氛围下退火一周的时间，样品缓慢冷却至室温后将样品取出，研磨成粉末，利用x射线衍射办法，他们确认该ni2val合金具有cu2mnal型晶体结构或cscl型晶体结构，他们根据衍射数据得到合金的晶格常数为1992年，lin和freeman基于局域密度近似的全电势自洽方法研究了ni2val的电子结构性质，他们发现该合金在制备过程中会形成l21和b2相的混合相，因为这两个相之间的形成能很小，因此他们断定不能制备出单一l21相的ni2val，因此也不能通过实验的办法精确测定l21相ni2val的精确晶格常数。单一l21相的cu2mnal结构的ni2val合金是一种原子排列高有序的金属合金，是一种新的物相，目前国际晶体学数据库中尚没有这种材料的结构信息。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带的制备方法，采用甩带的办法快速一步制备得到具有单一l21相的cu2mnal结构的高有序的ni2val合金超薄带，得到了该合金的具体结构信息，克服了目前国际晶体学数据库中尚没有这种材料的结构信息的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带的制备方法，采用甩带的办法快速一步制备得到单一l21相的具有cu2mnal结构的高有序的ni2val合金超薄带，具体步骤如下：

第一步，配制原料：

根据元素组成式ni2val中的原子配比，计算出相应的元素质量比，利用高精度的电子天平进行精确的质量称量以称取所需质量的纯ni、纯v和纯al，每种金属原料的质量误差在±0.0005g，完成配制原料；

第二步，熔炼原料成ni2val合金锭子：

将所述第一步配制的原料，放入中科院沈阳科学仪器厂生产的dxl-500ii型电弧炉甩带机联合设备中的电弧炉部分的一个合金熔炼工位中，按已知规定的电弧炉操作程序用电弧熔炼原料，当全部放入的原料都熔化后加磁搅拌电流，让水样的合金熔融液旋转搅拌均匀，每遍熔炼半分钟为熔炼完一遍，停弧冷却，用翻勺将冷却成钮扣状的ni2val锭子翻过来后进行下一次熔炼，一共熔炼四次，待到炉腔冷却下来，打开炉腔与外面连通的角阀，让炉腔进气到和外界大气压相同，再打开炉腔，取出制得的ni2val合金锭子，待用；

第三步，制备ni2val合金超薄带产品：

将上述第二步制得的ni2val合金锭子利用线切割切成尺寸为5mm×5mm×5mm锭子块，将其尖锐的角磨平后放入上端开口下端开有1mm小孔的石英管中，将该石英管上端利用铜接头和中科院沈阳科学仪器厂生产的dxl-500ii型电弧炉甩带机联合设备中的甩带机部分腔体中的空竖管相连，石英管中的ni2val合金锭子被加热成为合金液体并从石英管底部小孔竖直喷向旋转的铜轮表面，在铜轮转速控制面板上调节旋淬线速度为13～14m/s，旋转的铜轮瞬间将该ni2val合金液体甩入右侧和腔体相连的长长的钢筒中，钢筒顺着铜轮表面切线的方向向下倾斜，ni2val合金液体被急速冷却成薄带状，即制得20～30条ni2val合金超薄带产品，薄带的长度为2～4cm，宽度为0.5～1cm，厚度为50～90μm；

第四步，测试ni2val合金超薄带的结构：

用镊子将上述第三步制得的4条带状ni2val合金超薄带产品粘接在一个10mm×10mm的双面胶的表面，双面胶的下表面粘接在一个同样尺寸的硬塑料板上，板厚1mm，几条带状ni2val合金超薄带产品的带与带之间尽量紧密拼接不留缝隙，组成一个10mm×10mm的平面，进行x光衍射测试，测试条件为电压40kv,电流150ma，扫描角度为0.02，x射线衍射结果确认上述第三步制得的ni2val合金超薄带产品是具有单一l21相的cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带；

再利用tem设备进行电子衍射测试上述第三步制得的ni2val合金超薄带产品，将衍射斑点进行指标化，结果也显示第三步制得的ni2val合金超薄带产品是单一l21相的具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带。

上述具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带的制备方法，所用原料通过商购获得，所用设备和操作方法是本领域技术人员能够掌握的。

本发明的有益效果如下：

与现有技术相比，本发明具有的突出的实质性特点是：现有技术都是将熔炼后的ni2val合金锭子进行几天长时间的退火才能得到l21相的cu2mnal结构的ni2val合金，本发明发明人也曾经尝试了熔炼的方法，结果并没有得到具有单一cu2mnal结构的高有序ni2val合金，经过精心设计和反反复复的试验，发明人采用了甩带的方法，因为甩带方法是一种非平衡制备手段，能够将样品进行急速冷却，一些利用第一性原理计算的不稳定的金属合金是可以通过非平衡手段获得，例如曾经有人用甩带方法制备高有序的合金。本发明发明人用实验来进行探索研究，经过反复试验，最终确定了本发明甩带的方法的最佳工艺参数，一步即制得了具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带。

与现有技术相比，本发明具有的显著进步是：

(1)本发明制备出的单一l21相的具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带为晶体学数据库增加一种新的金属合金材料，对科研工作者研究高有序l21相高有序合金的形成规律具有重要的参考价值。

(2)本发明方法不需要通过热处理工艺即可得到具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金，工艺简单，成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是实施例1制得的具有cu2mnal结构的ni2val合金甩带样品的xrd衍射及指标化结果图。

图2是实施例1制得的具有cu2mnal结构的ni2val合金甩带样品的tem及指标化图。

图3是实施例1制得的具有cu2mnal结构的ni2val合金甩带样品的形状示意图。

具体实施方式

实施例1

第一步，配制原料：

根据元素组成式ni2val中的原子配比，计算出相应的元素质量比，利用高精度的电子天平进行精确的质量称量以称取所需质量的纯ni、纯v和纯al，每种金属原料的质量误差在±0.0005g，完成配制原料；

第二步，熔炼原料成ni2val合金锭子：

将所述第一步配制的原料，放入中科院沈阳科学仪器厂生产的dxl-500ii型电弧炉甩带机联合设备中的电弧炉部分的一个合金熔炼工位中，按如下已知规定的电弧炉操作程序用电弧熔炼原料：该电弧炉具有一个立式圆筒形真空室，真空室尺寸为φ400×320mm，具有三个合金熔炼工位和一个熔炼除气工位，每个工位单次能够熔炼重量为50g以铁标定的原料，将所述第一步配制的原料放入其中一个熔炼工位中，将15g的海绵钛放入熔炼除气工位中，将电弧炉炉腔密封，打开设备的冷却循环水开关，同时将与炉腔相连通的进气阀关闭，炉腔有管路和机械泵连通，打开机械泵，打开炉腔和机械泵联通的角阀，将炉腔内的气压抽到5pa以下，关闭机械泵角阀，迅速充入纯度为99.9％的高纯氩气，充至炉腔内压力为-0.5mpa，关闭充气阀门，再次打开机械泵和炉腔相连的角阀，再次抽至真空度为5pa，关闭角阀，打开分子泵和机械泵连通的电磁阀，机械泵抽与分子泵相连通的管道的真空，启动分子泵，打开和炉腔与分子泵联通的板阀，将炉腔内气压抽至真空度5×10^-3pa以下，关闭电离硅，迅速关闭板阀，向炉腔内充入高纯氩气至-0.5mpa，待分子泵转速降为零，关闭分子泵电源，关闭电磁阀，关闭机械泵，打开炉腔内照明电源，调整钨极头与海绵钛的最高处的距离为2mm，关闭照明电源，启动电弧熔炼电源柜开关，打开引弧开关起电弧，观察到起弧后迅速将钨极头上移1cm，通过观察窗观察钨极头与海绵钛的位置，移动钨极头，按需要加大熔炼电流，将海绵钛全部熔化，熔炼时间持续半分钟，关掉引弧开关，断电电弧，停止熔炼，让熔融钛冷却成钮扣状钛锭子，待钛锭子冷却后，打开照明电源，利用翻勺将锭子翻过来，重新起弧熔炼，冷却后再熔炼一遍，共熔炼三遍钛金属，以吸收炉腔内的残留的氧气，以免在熔炼的时候所放入的第一步配制的原料被氧化；下一步开始起弧熔炼放入电弧炉的合金熔炼工位中的第一步配制的原料，当全部放入的原料都熔化后加磁搅拌电流，让水样的合金熔融液旋转搅拌均匀，每遍熔炼半分钟为熔炼完一遍，停弧冷却，用翻勺将冷却成钮扣状的ni2val锭子翻过来后进行下一次熔炼，一共熔炼四次，待到炉腔冷却下来，打开炉腔与外面连通的角阀，让炉腔进气到和外界大气压相同，再打开炉腔，取出制得的ni2val合金锭子，将该ni2val合金锭子放入盛有无水乙醇的烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中，对锭子表面进行清洗，清洗完毕后，用电吹风将该锭子表面吹干，用高精密天平秤出制得的ni2val合金锭子的质量，并与熔炼前的放入的第一步配制的原料总质量进行比较，质量误差在0.4％以内，待用；

第三步，制备ni2val合金超薄带产品：

将上述第二步制得的ni2val合金锭子利用线切割切成尺寸为5mm×5mm×5mm锭子块，将其尖锐的角磨平后放入上端开口下端开有1mm小孔的石英管中，将该石英管上端利用铜接头和中科院沈阳科学仪器厂生产的dxl-500ii型电弧炉甩带机联合设备中的甩带机部分腔体中的空竖管相连，竖管可以上下移动，石英管下端有一个铜轮，铜轮的上表面和石英管的下端小孔相距2mm，石英管中下部外面环绕有感应加热线圈，线圈中通有冷却水进行冷，石英管管壁不能与感应线圈接触，以免加热过程中感应线圈和石英管之间的温度差造成石英管破裂，同时石英管要安装牢固，避免在设备运行中晃动，关闭甩带机设备的炉腔门，将炉腔封闭，打开设备的冷却循环水开关，同时将与炉腔相连通的进气阀关闭，炉腔有管路和机械泵连通，打开机械泵，打开炉腔和机械泵连通的角阀，将炉腔内的气压抽到5pa以下，关闭机械泵角阀，迅速充入纯度为99.9％的高纯氩气，充至炉腔内压力为-0.5mpa，关闭充气阀门，再次打开机械泵和炉腔相连的角阀，再次抽至真空度为5pa，关闭角阀，打开分子泵和机械泵连通的电磁阀，机械泵抽与分子泵相连通的管道的真空，启动分子泵，打开和炉腔和分子泵连通的板阀，将炉腔内气压抽至真空度5×10^-3pa以下，关闭电离硅，迅速关闭板阀，向炉腔内充入高纯氩气至-0.5mpa，待分子泵转速降为零，关闭分子泵电源，关闭电磁阀，关闭机械泵电源，甩带机后面有一个储气的小钢瓶，钢瓶的一端通过电磁阀门与充气管路相连接，一端通过电磁阀门与安装石英管的竖管相连通，向钢瓶内充入压力为0.8mpa的高纯氩气，打开炉腔内的照明电源，通过观察窗查看石英管的位置情况，看在抽真空过程中石英管位置是否有变化，如有的话，进行相应调整，打开旋淬开关，在铜轮转速控制面板上调节旋淬线速度到13.8m/s，点击启动按钮，铜轮开始旋转，达到设定线速度后，铜轮开始定速转动，打开感应线圈加热电源总开关，按住电源接通计时器，感应线圈开始通高频交变电流，通过炉门上的观察窗观察石英管中第二步制得的部分ni2val合金锭子的加热情况，该部分锭子内在高频交变电磁场中产生涡旋电流，涡旋电流产生热效应使ni2val合金锭子本身加热，加热5s后，该ni2val合金锭子开始变红，随着加热时间的延长，ni2val合金锭子的温度越来越高，越来越亮，有固体形状的ni2val合金锭子慢慢变得可以流动，过程中采用调节感应加热电流的大小直到ni2val合金锭子开始熔化，至石英管中的ni2val合金锭子被加热成为合金液体，伴随着铜轮的转动带来的震动，熔融的ni2val合金液体开始抖动，迅速点击喷射按钮，将小钢瓶中的高压氩气通入石英管中，石英管的下端的小孔现在被熔融的ni2val合金液体堵住，高压氩气瞬间将石英管中的ni2val合金液体从石英管底部小孔竖直喷向旋转的铜轮表面，，旋转的铜轮瞬间将该ni2val合金液体甩人右侧和腔体相连的长长的钢筒中，钢筒顺着铜轮表面切线的方向向下倾斜，ni2val合金液体被急速冷却成薄带状，喷射完毕后，松开喷射按钮，松开感应电流接通计时器，关闭铜轮转动电源，铜轮转速慢慢下降直到停止，冷却五分钟后，打开炉腔的进气角阀，让腔体中的气压与外界大气压相同，打开炉腔右侧长长钢筒的端盖，取出带状产品，即制得25条ni2val合金超薄带产品，这些薄带产品的长度为3cm，宽度为0.8cm，厚度为80μm，事后打开炉腔门，取下石英管，清理炉腔；

第四步，测试ni2val合金超薄带的结构：

用镊子将上述第三步制得的4条带状ni2val合金超薄带产品粘接在一个10mm×10mm的双面胶的表面，双面胶的下表面粘接在一个同样尺寸的硬塑料板上，板厚1mm，几条带状ni2val合金超薄带产品的带与带之间尽量紧密拼接不留缝隙，组成一个10mm×10mm的平面，进行x光衍射测试，测试条件为电压40kv,电流150ma，扫描角度为0.02，x射线衍射结果确认上述第三步制得的ni2val合金超薄带产品是单一l21相的具有cu2mnal结构的高有序ni2val合金超薄带；

图1显示了本实施例制得的具有cu2mnal结构的ni2val合金甩带样品的xrd衍射及指标化结果，可见甩带样品的所有衍射峰的强度较大，结晶度较好，且所有衍射峰都可以指标化为单相的cu2mnal型的高有序l21相结构，不存在杂相。

再利用tem设备进行电子衍射测试上述第三步制得的ni2val合金超薄带产品，将衍射斑点进行指标化，结果也显示第三步制得的ni2val合金超薄带产品是具有单一l21相的cu2mnal结构的高有序的ni2val合金超薄带。

图2显示了本实施例制得的具有cu2mnal结构的ni2val合金甩带样品的tem及指标化图，可见，图中所有衍射斑点都可以指标化为高有序的cu2mnal结构，说明甩带样品具有单相的此结构。

图3是本实施例制得的具有cu2mnal结构的ni2val合金甩带样品的形状示意图，该样品的形状为长度为3cm，宽度为0.8cm，厚度为80μm的超薄带。

实施例2

除第三步中在铜轮转速控制面板上调节旋淬线速度为14m/s，制得20条ni2val合金超薄带产品，这些薄带产品的长度为4cm，宽度为0.5cm，厚度为50μm之外，其他同实施例1。

实施例3

除第三步中在铜轮转速控制面板上调节旋淬线速度为13m/s，制得30条ni2val合金超薄带产品，这些薄带产品的长度为2cm，宽度为1cm，厚度为90μm之外，其他同实施例1。

上述实施例中，所用原料通过商购获得，所用设备和操作方法是本领域技术人员能够掌握的。