冰川态合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种冰川态合金，所述合金在过冷液相区具有液液相变，通过液液相变从玻璃态合金转变为冰川态合金，所述玻璃态合金在玻璃转变温度后具有一个一阶液液相变且放热过程与晶化过程完全分离，在快速升温过程中表现出明显的融化现象。冰川态合金具有更大的硬度和更高的强度，有潜力成为力学性能优异的工程材料。冰川态合金具有更高的热稳定性，其玻璃化转变温度的升高程度等效于上千小时退火后没有液液相变能力的玻璃态合金的玻璃化转变温度。冰川态合金可以通过调节温度控制工艺实现梯度调节合金稳定性和性能的效果。现梯度调节合金稳定性和性能的效果。现梯度调节合金稳定性和性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
冰川态合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种冰川态合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]玻璃态是通过将高温液体快速冷却到室温而形成的一种亚稳物态。玻璃态材料具有与液态相似的原子结构，具体表现为原子排列短程有序和长程无序；在玻璃态向液态转变的过程中并不伴随能量突变。晶态材料具有与液态相异的原子结构，具体表现为周期性的原子排列；在晶态向液态转变的过程中伴随有能量突变，即融化过程。冰川态是一种介于玻璃态和晶态之间的物态。冰川态一方面具有与玻璃态相似的原子结构，如短程有序且长程无序；另一方面又具有与晶态向液态转变中类似的能量突变。因此，冰川态材料属于一种新材料。
[0003]“冰川态”的概念起源于磷酸三苯酯(TPP)。磷酸三苯酯是一种分子材料，在室温下以液体形式存在。磷酸三苯酯分子液体在被冷却到零下60度并保温时会缓慢发生液体向另一种液体的转变(液液相变)，几小时后会形成一种冰川态的相。与磷酸三苯酯传统的玻璃态相比，磷酸三苯酯的冰川态玻璃具有更低的能量(约为玻璃态和晶态能量差的一半)和更高的热稳定性(玻璃化转变温度升高)。然而，这种冰川态的磷酸三苯酯不能在室温下稳定存在，所以无法制成冰川态材料。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种室温下可稳定存在的冰川态合金及其制备方法和应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种冰川态合金，所述合金在过冷液相区具有液液相变，通过液液相变从玻璃态合金转变为冰川态合金，所述玻璃态合金在玻璃转变温度后具有一个一阶液液相变且放热过程与晶化过程完全分离，在升温速率为20～2000K/s的快速升温过程中表现出明显的融化现象。
[0006]根据本专利技术第一方面的冰川态合金，其中，所述冰川态合金的组成为：
[0007]RE
x-TM
y-Al
100-x-y
(65≤x≤80,15≤y≤30)，其中，RE选自La和/或Ce，TM选自Ni和/或Co；或
[0008]Pd
x-Ni
y-P
100-x-y
(35≤x≤45,35≤y≤45)。
[0009]本专利技术的第二方面提供了第一方面所述的冰川态合金的制备方法，该制备方法可以包括以下步骤：
[0010](1)配料：按照合金成分所需的原子百分比配料；
[0011](2)铸锭：在真空或惰性气体氛围中，将步骤(1)的各组分配料混合熔炼，冷却后得到合金；
[0012](3)冰川态化温控处理：将步骤(2)所得的合金进行冰川态化温控处理得到所述冰川态合金。
[0013]根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述步骤(2)中，所述惰性气体选自以下一种或多种：氩气、氮气；优选为氩气；和/或
[0014]所述步骤(2)中，所述熔炼方法为电弧熔炼和/或感应熔炼。
[0015]根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述步骤(2)中还包括以下步骤：
[0016]对所得合金进行吸铸制成块体合金或对所得合金进行甩带得到合金条带。
[0017]根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述步骤(3)中，所述冰川态化温控处理选自以下一种或多种：
[0018](I)真空退火炉将所述合金加热到相变峰的结束温度；
[0019](II)加热所述合金并在相变峰峰值温度保温；或
[0020](III)加热所述合金并在相变峰之前10度保温。
[0021]根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述处理(I)中，所述真空退火炉的真空度优于10-4
Pa。
[0022]根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述处理(II)中，所述保温时间为0.5～3分钟，优选为0.5～2分钟，最优选为1分钟。
[0023]根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述处理(III)中，所述保温时间为10分钟～5小时，优选为1～3小时，最优选为2小时。
[0024]本专利技术的第三方面提供了一种工程材料，所述工程材料包括第一方面所述的冰川态合金或按照第二方面所述的制备方法而制得的冰川态合金。
[0025]本专利技术是基于非晶合金的一阶液液相变而产生的一种具有新型物态的合金材料——冰川态合金。所谓冰川态是指既具有玻璃态的结构，又具有晶态的融化特性的一种新物态。冰川态合金的能量低、热稳定性高、部分力学性能优异，属于一种新材料。
[0026]本专利技术找到了一系列在过冷液相区具有液液相变的合金成分，通过液液相变，这些合金会转变为室温下能够稳定存在的冰川态合金。这些合金的共同特征是，在快速冷却条件下都可以形成玻璃态合金且通过加热，在差式扫描量热仪测量到的热流曲线上会表现出一个明显的放热峰。该放热峰一般出现在玻璃化转变温度之后和晶化温度之前。如果将温度升高到该放热峰的终止温度后冷却，或是将温度升高到该放热峰的中间温度、保温并冷却，或是在该放热峰的起始温度以下长时间保温，都可以获得冰川态合金。通过精确控制样品的加热速率、保温温度、保温时间和冷却速率，可以调节冰川态合金在原玻璃态合金中的体积分数。
[0027]本专利技术中的冰川态合金包括两大类的合金成分：
[0028](1)RE
x-TM
y-Al
100-x-y
[0029](RE代表稀土元素，如镧La、铈Ce或它们的混合物；TM代表过渡金属元素，如镍Ni、钴Co或它们的混合物；Al代表铝。x,y代表原子百分比)
[0030](2)Pd
x-Ni
y-P
100-x-y
[0031](Pd代表钯，Ni代表镍，P代表磷；x,y代表原子百分比)
[0032]“冰川态”合金的成分配比要求严格，
[0033]对于(1)65≤x≤80,15≤y≤30；
[0034]对于(2)35≤x≤45,35≤y≤45。
[0035]上述合金成分的冰川态合金所具有的能量可以由热流曲线上液液相变的放热峰
面积计算确定。与玻璃态合金相比，上述冰川态合金的能量下降了0.8-1.5kJ/mol。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜表征，发现冰川态合金具有玻璃态合金的结构特征，即长程无序。利用纳米压痕仪和维氏硬度计对冰川态合金的硬度和模量表征，发现冰川态合金较玻璃态合金的硬度和模量上升了20％-40％。
[0036]该专利技术包括如下步骤：
[0037]首先制备玻璃态合金作为前驱体，对于成分(1)：选择高纯度的RE、TM和Al(RE的纯度为99.5％或更高，TM和Al的纯度为99.95％或更高)，按照RE
x-TM
y-Al
100-x-y
成分的原子百分比(65≤x≤80,15≤y≤30)配制原料，放在电弧炉中，先后使用机械泵、分子泵对电弧炉腔体抽真空，待真空度优于3*10-3
Pa以后，将原料反复熔炼五次形成合金铸锭，然后将制得的合金铸锭在水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰川态合金，其特征在于，所述合金在过冷液相区具有液液相变，通过液液相变从玻璃态合金转变为冰川态合金，所述玻璃态合金在玻璃转变温度后具有一个一阶液液相变且放热过程与晶化过程完全分离，在升温速率为20～2000K/s的快速升温过程中表现出明显的融化现象。2.根据权利要求1所述的冰川态合金，其特征在于，所述冰川态合金的组成为：RE
x-TM
y-Al
100-x-y
(65≤x≤80,15≤y≤30)，其中，RE选自La和/或Ce，TM选自Ni和/或Co；或Pd
x-Ni
y-P
100-x-y
(35≤x≤45,35≤y≤45)。3.根据权利要求1或2所述的冰川态合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)配料：按照合金成分所需的原子百分比配料；(2)铸锭：在真空或惰性气体氛围中，将步骤(1)的各组分配料混合熔炼，冷却后得到合金；(3)冰川态化温控处理：将步骤(2)所得的合金进行冰川态化温控处理得到所述冰川态合金。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述惰性气体选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈杰，孙永昊，白海洋，汪卫华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：