具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃及其制备方法技术

一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃及其制备方法，该磷钯基块体金属玻璃的成分表达式为Pd100-a-b-c-d-eSiaAgbCucNidCoe，式中a、b、c、d和e分别表示各对应元素的原子百分比，其中a=14～18，b=0～10，c=0～10，d=0～8，e=0～8，且满足6≤b+c≤12或4≤b+d+e≤12。本发明专利技术的钯基块体金属玻璃不含易挥发的磷元素，且制备过程中不需玻璃包覆介质提纯处理，简单高效；合金兼具高玻璃形成能力、宽过冷液相温度区间、低粘度、优异的超塑性加工性能和良好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料
，涉及一种。
技术介绍
金属玻璃由于其特殊的原子排列结构，使得它们具有通常晶态金属材料无法比拟的功能特性，例如高强度、大弹性极限、优异的耐腐蚀性能、过冷液相区内的粘性流动特性等，在结构材料、微型精密器件和生物医用材料等方面都有着广阔的应用前景。粘性流动是金属玻璃独特而重要的功能特性之一。金属玻璃在其过冷液相区内处于低流应力的粘性状态，可实现高速超塑性变形。利用这种特性，金属玻璃可以进行挤压成形、模铸、锻造、连接、粉末固化成形等工艺。尤为特别的是，由于非晶相在纳米尺度结构的均匀性，还可实现纳米级的模铸、压印等超塑性成形与加工。利用这种特性，可通过短流程精密净成形来直接生产形状复杂的结构零件，并发展相关的新型加工工艺技术，例如:微米/纳米尺度高精密零件的流变成形、超高密度光学记录光盘加工技术、材料结构一体化技术和压铸成形技术等，这些加工技术都具有显著提高产品的性能和制备效率，大幅降低单位产品能耗的优点。作为超塑性加工用金属玻璃，需具备较低的玻璃转变温度(Tg)，宽的过冷液相区间ΛΤΧ (ATx=Tx-Tg,Tx:结晶化温度)，以及在过冷液相区内较低的粘度，以便于实现超塑性加工。此外，大的临界尺寸和良好的塑性变形能力也是超塑性加工用金属玻璃所必需的条件。金属玻璃的形成需要较快的冷却速度，早期发现的金属玻璃由于其玻璃形成能力较差只能形成很薄的条带或细丝状的金属玻璃。近年来，人们相继在锆基、钛基、钯基、铁基、镍基、铜基和稀土基等合金系中开发出具有大玻璃形成能力的块体金属玻璃，并将部分块体金属玻璃材料实用化，取得了显著效益。目前已经发现的钯基金属玻璃有Pd-Si:Yao KF et al, Sci China Ser G, 51(2008)414,Pd-N1-P:Kui HW et al, Appl PhysLett, 45(1984)615、Pd-N1-S1-P:中国专利技术专利 200710118935.X、Pd-N1-Cu-P:1noue Aet al, Mater Sci Eng A, 226-228 (1997) 401、Pd-Cu-S1:中国专利技术专利 200710118933.0、Pd-S1-Ag-Au:Chen N et al，Phil Mag Lett, 90 (2010) 771 和 Pd-S1-Ag-Au-P:Liu L etal, Mater Trans46 (2005) 2945等典型合金系。这些钯基金属玻璃大都具有较大的临界尺寸和较宽的过冷液相区间。但是制备这些金属玻璃大都需采用玻璃包覆介质提纯处理，抑制合金凝固过程中的非均匀形核，从而获得较大的尺寸。进行玻璃包覆提纯需保持合金在其熔点以上至少10个小时，这使得制备该金属玻璃不仅过程复杂、能耗高，而且效率低。此外，这些具有大临界尺寸的钯基金属玻璃大都含有磷元素。由于磷在熔炼时极易挥发，含磷的合金的熔炼和制备也十分不便。因此，开发不含易挥发元素(如:磷等)，且能够通过简单制备工艺即可获得大临界尺寸，同时具有宽的过冷液相区间和良好力学性能的超塑性加工用钯基金属玻璃，具有重大的科学意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃。该金属玻璃不含易挥发的磷元素，且制备过程中不需玻璃包覆介质提纯处理，制备方法简单高效；金属玻璃兼具高玻璃形成能力、宽过冷液相温度区间、低粘度、优异的超塑性加工性能和良好的力学性能。本专利技术的技术方案如下:一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃，其特征在于:具体成分表达式为Pdm+eSiJgbCUeNidCOe，式中a、b、c、d和e分别表示各对应元素的原子百分比，其中a=14 ~18, b=0 ~10, C=O ~10, d=0 ~8, e=0 ~8,且满足 6 ^ b+c ^ 12 或 4 < b+d+e ^ 12。其典型成分为 Pd75Si15Ag3Cu7 或 Pd79Si16Co2Ni30该具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃的制备方法，具体步骤如下:第一步:配料:用纯度大于95wt.%的原料按成分表达式进行配料；第二步:母合金熔炼:采用非自耗电弧炉，将配好的原料在惰性气体的保护下熔炼得到成分均匀的母合金锭；第三步:块体金属玻璃的制备:将上述的母合金锭破碎后装入石英管中，在惰性气体保护下采用铜模喷铸工艺，制得棒状的钯基块体金属玻璃。本专利技术的效果和益处是:I)本专利技术提供的钯基块体金属玻璃不含有易挥发的磷元素，且制备过程中不需要玻璃包覆介质提纯处理，制备方法简单，效率高；2)本专利技术提供的钯基块体金属玻璃具有大的玻璃形成能力，采用铜模铸造即可获得最大尺寸IOmm的块体金属玻璃棒材；3)本专利技术提供的钯基块体金属玻璃具有较低的玻璃转变温度，Tg为348~376°C，和宽的过冷液相区间，ATx为61~77°C ;4)本专利技术提供的钯基块体金属玻璃在过冷液相区间有较低的粘度，为IO7~IO9Pa.s数量级；5)本专利技术提供的钯基块体金属玻璃具有优异的超塑性加工性能，在微米、纳米尺度上可实现质量良好的超塑性加工成形。6)本专利技术提供的钯基块体金属玻璃具有良好的力学性能，屈服强度1539~1720MPa,塑性应变为 0.66.3%。【附图说明】图1是实施例1中直径为IOmm的Pd75Si15Ag3Cu7金属玻璃棒材横截面的XRD。图2是实施例1中加热速率为0.67K/s下的Pd75Si15Ag3Cu7金属玻璃的DSC曲线。图3是实施例1中Pd75Si15Ag3Cu7金属玻璃的粘度随温度的变化曲线。图4是实施例1中直径为2mm的Pd75Si15Ag3Cu7金属玻璃棒状样品在应变速率为5 X 1θ?下的室温压缩应力应变曲线。图5是实施例1中Pd75Si15Ag3Cu7金属玻璃进行微米尺度超塑性加工后样品的扫描电镜图。图6是实施例1中Pd75Si15Ag3Cu7金属玻璃进行纳米尺度超塑性加工后样品的扫描电镜图。【具体实施方式】以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的【具体实施方式】。实施例1Pd75Si15Ag3Cu7块体金属玻璃的制备、结构和性能检测及超塑性加工:(I)采用高纯Pd、S1、Ag和Cu原料(纯度大于95wt.%)按成分表达式进行配料；(2)将配比好的原料放入非自耗电弧炉的铜坩埚内，抽真空至2 X l(T3Pa，充入氩气后开电弧 熔炼并反复熔炼合金4遍，得到成分均匀的母合金锭；[0031 ] (3 )将母合金锭破碎后装入底部带有小孔的石英管中，抽真空至2 X 10?,充入氩气，通过高频感应熔炼加热母合金至熔化状态，而后开启喷射开关，利用高压气体将合金液体喷入铜模内，制得直径为I~IOmm的金属玻璃棒状样品；(4)采用X射线衍射(XRD) (Cu Ka辐射，波长λ =0.15406nm)检测金属玻璃的结构。图1为铜模铸造得到的直径为IOmm的金属玻璃棒状样品横截面的XRD图。从图中可以看出制备的金属玻璃棒状样品为单一非晶结构。(5)采用差示扫描量热仪(DSC)评价金属玻璃的热性能。图2为制备的金属玻璃在加热速率为0.67K/s下的DSC曲线，通过曲线可以标定该金属玻璃的玻璃转变温度(Tg)为348 °C，过冷液相区间(Λ Tx)为74°C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃，其特征在于：该无磷钯基块体金属玻璃的成分表达式为Pd100‑a‑b‑c‑d‑eSiaAgbCucNidCoe，式中a、b、c、d和e分别表示各对应元素的原子百分比；其中a=14～18，b=0～10，c=0～10，d=0～8，e=0～8，且满足6≤b+c≤12或4≤b+d+e≤12。

【技术特征摘要】
1.一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃，其特征在于:该无磷钯基块体金属玻璃的成分表达式为Pd 100-a-b-c-d-e SiaAgbCucNidCoe,式中a、b、c、d和e分别表示各对应元素的原子百分比；其中a=14~18,b=0~10, C=O~10, d=0~8, e=0~8,且满足6 ^ b+c ^ 12或4≤b+d+e≤12。2.根据权利要求1所述的钯基块体金属玻璃，其特征在于:所述的钯基块体金属玻璃的成分表达式为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李艳辉，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21