[发明专利]一种制备铁基大块非晶合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备铁基大块非晶合金的方法。

背景技术

由于非晶合金所具有的独特结构，兼有金属和玻璃的特性，例如高强韧性、优异的耐蚀性能和磁性能等，在材料科学领域里引起了广泛关注。

非晶态合金即金属玻璃，固态时具有短程有序、长程无序的特征，是一种亚稳态结构，其原子在三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围保持这种状态相对稳定。最早成功制备出非晶态合金的报道是在1934年，由Kramen采用蒸发沉积的方法获得了非晶薄膜。在现有技术中，大块非晶合金形成通常是通过将熔融的金属合金以较快的冷却速度冷却到玻璃转化温度以下，在此过程中抑制晶核的形成和长大，直接凝固制得的。1960年Duwez等人用快淬法成功制备了Au₇₅Si₂₅条带，冷却速度达10⁵-10⁶K/s，标志着非晶合金这一新材料研究领域的启动。由于冷却速率的限制，非晶态合金一直只能制备成微米尺度的薄带、细丝或细粉。1974年，Pd-Cu-Si合金以10³K/s的冷却速率可以被制成1mm尺寸的非晶棒材。毫米尺寸的非晶合金通常被称为大块非晶，它的出现拓展了非晶的应用空间，而如何制备大块非晶成为一个热点问题。20世纪90年代初，T.Masumoto和A.Inoue等发现了具有极低临界冷速的多元合金系列，配合控制非均匀形核的凝固工艺，可在实验室中直接从液相获得大块非晶合金。1997年，日本东北大学的范沧和井上明久等人在很低的冷却速率0.1K/s的条件下，制备了50mm尺寸的Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀非晶。

高能球磨是制备各种材料的常用的固态合成方法，机械合金法的大规模工业应用始于20世纪60年代。机械合金法通过按照一定配比混合纯金属并对其进行球磨得到非晶粉末，其缺点是有的合金体系并不能很好的混合并发生反应，因此不能用此法制备。机械化学合成法(Mechanochemical Synthesis，简称MS)采用预先制得预制合金的非晶粉末，再对预制合金非晶粉末进行混合球磨的方法克服了机械合金法的问题。MS作为制备大块铁基非晶合金的一种有前途的方法，，尤其适用于大量制备非晶纳米晶粉末，其真正应用开始于20世纪80年代。J.Degmova等人用非晶粉末压实(热压)法制备出直径为10mm，厚度为3mm的Fe基圆盘。

非晶态合金原则上可以制得得任意成分的均质相合金，且其中没有位错、相界和第二相，是无晶体缺陷的固体，在变形过程中不会发生由位错引起的种种断裂方式，因此具有优异的力学性能以及更好的耐蚀性和耐磨性。由于多数非晶基体中都包含大量的贵重金属或稀有金属，昂贵的原材料价格使非晶合金难以得到广泛实际应用。其中Fe基非晶合金最具应用价值，因为它与其他的大块非晶合金体系相比，原材料价格大大降低，本身又具有高强度、高硬度、高耐蚀、较好的软磁性和较高的热稳定性。近几年，FeCrMoCB系列的大块非晶相继问世，例如：Fe₅₀Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆块体非晶合金可以制备尺寸为1.5mm的非晶棒，Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄Er₂C₁₅B₆块体非晶合金可以制备成最大尺寸为9mm的非晶棒。现有技术中制备铁基大块非晶合金时Fe元素的原子百分比通常小于50％，这无形中就增加了原材料的价格。此外对原材料的纯度要求比较高，通常要求纯度99.9％以上。采用熔体快冷法制备大块非晶合金的尺寸受到冷却速率等条件的限制。

因此采用简便易行的制备方法制得性能优异的新型铁基大块非晶合金成了解决大块非晶合金大规模应用的关键。

发明内容

本发明根据现有技术中的不足，提供一种易制备，具有良好的非晶形成能力，力学性能和热稳定性能好的铁基大块非晶合金材料。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种制备铁基大块非晶合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、用纯Fe、Al、P、C、Si、M以及Fe-B合金熔炼得到预制合金FeAlMP和FeCBSi，其中，M为Ga、Cr、Mo元素中的任意一种；

b、将得到的预制合金FeAlMP和FeCBSi分别放入球磨机，采用氩气保护进行球磨，磨成粉末；