一種鈰基非晶態金屬塑料制造技術

本發明專利技術涉及一種鈰基非晶態金屬塑料，其為Ｃｅ↓［ａ］Ａｌ↓［ｂ］Ｍ↓［ｃ］，其中５５≤ａ≤７５，５≤ｂ≤２５，１０≤ｃ≤２５，且滿足ａ＋ｂ＋ｃ＝１００；所述的Ｍ為Ｃｏ、Ｃｕ或Ｎｉ。或是Ｃｅ↓［ｄ］Ａｌ↓［ｅ］Ｃｕ↓［ｆ］Ｚ↓［ｇ］，其中，５５≤ｄ≤７５，５≤ｅ≤１５，１５≤ｆ≤２５，０．０１≤ｇ≤１０，且滿足ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００；所述的Ｚ為選自Ｃｏ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎ和Ｚｒ中的任一元素。或是Ｃｅ↓［ｈ］Ａｌ↓［ｉ］Ｃｕ↓［ｊ］Ｎｉ↓［ｋ］，其中，５５≤ｈ≤７５，５≤ｉ≤１５，１５≤ｊ≤２５，０．０１≤ｋ＜５，且滿足ｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ＝１００。該鈰基非晶態金屬塑料具有低的玻璃化轉變溫度和寬的過冷液相區，因而具有高的熱穩定性，可以在非常低的溫度象熱塑性塑料那樣進行變形、成形與印記加工成所需要的非晶態合金制品。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于非晶合金領域，具體地說是涉及一種鈰基非晶態金屬塑料。
技術介紹
非晶態聚合物具有強的玻璃形成能力、較低的玻璃轉變溫度(Tg)，及具有比通常的金屬玻璃更寬的過冷液相區(ΔTx)，因而具有非常廣泛的用途，可將其熱塑性特性應用于模制和壓制方式的生產中。事實上，自上世紀40年代化學家專利技術了熱塑性塑料以來，塑料成為第二次材料工業革命的基礎，盡管它的強度只有鋼的五十分之一，但工廠用一個模子就能生產出許多個同樣的部件，這使得塑料產品以絕對的價格優勢獲得了極為廣泛的應用，在現代人類的生活方方面面，塑料無所不在。上世紀60年代初，人類專利技術了非晶態的合金，也稱之為金屬玻璃。金屬玻璃具有許多聚合物類玻璃所沒有的力學、電學和磁學、化學等性能。對于已經形成的非晶合金，被重新加熱到玻璃化轉變溫度Tg以上時，非晶合金在晶化前存在一個不發生晶化的溫度區，稱為過冷液相區。一般來說，過冷液相區越寬，非晶合金的超塑性加工能力越強。對于具有良好形成能力的非晶合金，人們期望在時間-溫度-轉變(TTT)圖上的晶化曲線向右，即向更長的時間方向移動。非晶合金抗晶化的能力與合金從熔態冷卻下來形成非晶所要求的冷卻速率有關，這是在玻璃轉變溫度以上對非晶合金進行加工期間非晶相穩定的一種標志。傳統的薄帶狀金屬玻璃應其過冷液相區寬度太窄，難以用來研究金屬玻璃在過冷液相區的行為特性。上世紀90年代初，科學家研制出三維尺寸都達毫米至數厘米量級的金屬玻璃。對于大部分塊體金屬玻璃而言，一個重要特性是過冷液相區的寬度ΔTx一般都大于45K，有些可以超過100K。如果把這些塊體金屬玻璃在過冷液相區進行塑性變形，由于粘性流動而非常容易地改變形狀，即在過冷液相區可獲得理想的牛頓流體特性，應用這種超塑性能獲得的最大的延長率可達到15000％。塊體金屬玻璃在過冷液相區的可塑性就如同面團一樣易于形變而用于精確地壓制成型，這對于晶態的金屬或合金材料在要保持原有的材料性能不變的情況下是無法壓制成形的。塊體金屬玻璃所具有的這些優異性能和微觀上的均勻性也使其能成為一種新型的工程材料，如用于制造微電子、微機械系統等用途的各種微型部件等。從生產的角度看，因高應變速率和超塑性特性、易于控制質量，這些使得人們進行大規模生產和提高生產量成為可能。但到目前為止，對于已研制出的塊體金屬玻璃而言，大部分由于能形成的非晶材料尺寸小、可變形加工性和機械加工性等的缺乏，其可能夠應用的工程領域非常有限。雖然現在人們已經研制出許多種塊體金屬玻璃，但其較高的玻璃轉變溫度Tg和較低抗晶化能力也使它們象塑料那樣的可粘性流動特性開發使用受到極大的限制。象Pd、Pt亦或Au這類貴金屬基的合金體系，玻璃形成能力非常好，在Tg溫度以上的過冷液相區表現出好的超塑性和精密成型的性能，但高昂的原材料成本一般僅使其成為實驗室的研究之用途。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有的金屬玻璃或是能形成的非晶材料尺寸小、缺乏可變形加工性和機械加工性，或是因其具有較高的玻璃化轉變溫度Tg和較低抗晶化能力，使其可粘性流動特性的開發使用受到極大的限制，或是使用了諸如Pd、Pt或Au這類貴金屬基的合金體系，原材料成本高昂，難以廣泛應用的缺陷，從而提供一種具有低的玻璃化轉變溫度Tg、過冷液相區較寬ΔTx、使用更為廉價的和低純度原材料的鈰基非晶態金屬塑料。本專利技術的目的是通過如下的技術方案實現的本專利技術提供一種鈰基非晶態金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CeaAlbMc其中55≤a≤75，5≤b≤25，10≤c≤25，且滿足a+b+c＝100；所述的M可以是Co、Cu和Ni三種元素中的任何一個；所述Ce、Al和M中的元素純度均不應低于99.5wt％。本專利技術提供另一種鈰基非晶態金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CedAleCufZg其中，55≤d≤75，5≤e≤15，15≤f≤25，0.01≤g≤10，且滿足d+e+f+g＝100； 所述的Z為選自Co、Fe、Hf、Mg、Mo、Nb、Sc、Ta、Ti、W、Zn和Zr中的任一元素；所述Ce、Al、Cu和Z所代表的元素純度均不應低于99.5wt％。本專利技術還提供一種鈰基非晶態金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CehAliCujNik其中，55≤h≤75，5≤i≤15，15≤j≤25，0.01≤k＜5，且滿足h+i+j+k＝100；所述Ce、Al、Cu和Ni的元素純度均不應低于99.5wt％。上述鈰基非晶態金屬塑料是通過本領域普通技術人員公知的方法制備的，具體包括如下步驟1)母合金的制備在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中，按通式CeaAlbMc和CedAleCufZg所需要的原子配比將上述組份中的Ce、Al、M，或Ce、Al、Cu和Z，或Ce、Al、Cu和Ni混合熔煉均勻，冷卻后得到母合金鑄錠；2)吸鑄將步驟1)制得的母合金鑄錠重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體吸鑄進不同型腔的銅模中形成棒狀或板片狀樣品。在不偏離本專利技術新概念的真正精神和范圍，可以進行多種修正和改變。正如本專利技術提供的制備鈰基非晶態金屬塑料是采用吸鑄的方式制備成非晶錠，本領域的普通技術人員都知道，任何合適的在保護氣氛條件下的非晶生產或鑄造技術，例如，噴鑄法、單輥或雙輥旋轉熔體發、平面流鑄造法、霧化制粉法等，都可以用來制備本專利技術中的鈰基非晶態金屬塑料。本專利技術提供的鈰基非晶態金屬塑料的非晶特性和所含非晶相的體積分數可以用多種已知的技術進行確認與估計。在本專利技術的實施例中，采用MAC M03 XHF衍射儀和Cu靶Kα輻射進行鑄態的和在沸水中處理過的樣品進行非晶結構的測量，還采用TECHAI-F20型高分辨電子顯微鏡于200kV的加速電壓下進行這些樣品的微結構觀察。采用機械減薄和化學拋光方法制備電子顯微鏡觀察用的樣品薄膜。類似地，可以用任何合適的方法對這些合金的熱性能進行測量。例如，本專利技術的實施例中，用Perkin-Elmer DSC-7型差示量熱掃描儀在純氬氣保護的氣氛下進行樣品的熱分析測量，儀器的溫度與能量校正樣品是高純In和Zn，等溫和連續加熱的加熱速度為10K/min。非晶樣品的力學性能、密度等數據可以用多種通用的儀器進行測量。在本專利技術的實施例中，室溫和90℃時樣品的力學特性(屈服強度和彈性應變)在MTS 880型試驗機上進行，進行壓縮測試時的應變速度為1×10-3/s。在MATEC 6600超聲裝置上用脈沖回波重合方法進行樣品的超聲速度測量，使用10MHz的載波頻率測量超聲在樣品的兩個末端傳播一個來回的時間，時間測量的靈敏度為0.5ns。楊氏模量E、體彈模量B、泊松比v和剪切模量是用樣品中聲速和密度數據計算出的。維氏硬度的測量是用Polyvar Met微硬度測量儀于1.96N的載荷下進行。樣品在300K時的電阻測量是在PPMS 6000儀器(Quantum Design儀器公司)上進行。本專利技術定義提供的鈰基非晶態金屬塑料包含至少50％體積百分比非晶相。在多數情況下，按本專利技術所獲得的材料是由單一的非晶相組成，其具有不小于20K的過冷液相區寬度和不高于430K的玻璃轉變溫度，這里的過冷液相區寬度ΔTx定義為非晶合金晶化開始的溫度Tx和玻璃轉變開始溫度Tg之差，這些數值是用標準的差示本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈰基非晶態金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示：Ｃｅ↓［ａ］Ａｌ↓［ｂ］Ｍ↓［ｃ］其中５５≤ａ≤７５，５≤ｂ≤２５，１０≤ｃ≤２５，且滿足ａ＋ｂ＋ｃ＝１００；所述的Ｍ可以是Ｃｏ、Ｃｕ和Ｎｉ三種元素中 的任何一個。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張博，趙德乾，潘明祥，汪衛華，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]