[发明专利]一种镥基块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金，具体地说是涉及一种以重稀土元素镥(Lu)为主要成 分，添加了适量合金元素，且包含至少50％的非晶相(体积百分比)的镥基块体 非晶合金。

背景技术

金属玻璃是具有很好应用前景的新型金属合金。它具有许多优异的性能， 如极高的强度(接近理论强度)；良好的弹性(弹性极限约2％，而一般晶态金 属为0.2％左右)；良好的抗腐蚀、抗辐照能力，高耐磨性能，以及在过冷液相 区内优异的加工能力等。

金属玻璃的制备和形成能力一直是科研人员和工程技术人员研究和关注 的热点问题。对于块体金属玻璃，不同成分的体系都具有一特定临界冷去速率。 临界冷却速率越低，玻璃形成能力越好，越容易制备。

非晶合金加热到玻璃化转变温度(Tg)以上，晶化温度(Tx)以下，存 在一个发生软化但不晶化的温度区，称为过冷液相区(SLR)。一般用ΔT＝Tx-Tg 大小表征过冷液相区。过冷液相区对于非晶金属的加工成型有重要意义。过冷 液相区越宽，超塑性加工能力越强。对于具有良好的形成能力的非晶合金，其 过冷液相区越宽越好。影响非晶合金抵抗晶化的能力主要因素是合金的成分体 系和元素配比。

虽然目前人们已经研究和开发了若干系列块体非晶合金，但其成分体系仍 然有限。为了扩大块体金属玻璃的应用，应该继续探索具有优异玻璃形成能力 和具有宽过冷液相区的块体非晶合金。

近年来稀土基块体非晶合金，因其丰富的物理、化学特性受到了广泛关注， 以Ce、La、Pr、Gd、Dy、Ho、Er等为主要成分的非晶合金相继被制备成功。

另外稀土作为重要的战略资源，由于其独特的光、电和磁性能，在医学、 农业、冶金、化工、石油、环保及新材料等领域有广泛的应用。而且，我国稀 土资源丰富，探明总储存量居世界首位。发展稀土基块状非晶合金既具有广阔 的潜在应用前景又有利于我国提高知识产权的自主创新能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高玻璃形成能力、抑制结晶能力强、可以 在很低的冷却速率下制得更大尺寸的、以稀土元素镥为主要元素的镥基块体非 晶合金。

本发明的另一目的在于提供一种所述镥基块体非晶合金的制备方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供一种镥基块体非晶合金，是以镥为主要成分，添加其它合金元 素，其组成如式I所示：

Lu_aX_bAl_cCo_d    (式I)

其中：(1)X为：锆(Zr)、钇(Y)或这两种元素的组合；

(2)下标代表原子比(摩尔比)，其中20≤a≤60，0≤b＜30，20≤c＜30， 10≤d＜30，且a+b+c+d＝100。

以上所述各种元素的纯度不低于99.5wt％(重量百分比)。

所述的镥基块体非晶合金包含至少50％体积百分比非晶相，尺寸在各个维 度不小于1毫米。

本发明提供一种上述镥基块体非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

1)将锆或/和钇、镥、铝以及钴按前述式I的组成所需要的原子配比配料， 在钛吸附的氩气氛的电弧炉中，将该材料反复熔炼使其均匀，冷却后得到母合 金铸锭；

2)使用常规的金属型铸造法，将步骤1)制得的母合金铸锭敲碎，在电弧 炉中重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将母合金的熔体吸入水冷铜模，得 到所需的镥基块体非晶合金Lu_aX_bAl_cCo_d。

本发明提供的镥基块体非晶合金具有高玻璃形成能力，其晶化温度在750 右，玻璃转变温度在660K至710K之间，过冷液相区的宽度在60～90K之间。

与现用技术相比，本发明提供的镥基块体非晶合金优益之处在于：

1、本发明的镥基块体非晶合金的临界冷却速率低，冷却速率(Rc)可以 达到10²K/s的数量级，抑制结晶能力强，易于形成大尺寸的非晶合金，其尺 寸在各个维度不小于1毫米，临界直径尺寸不小于1.5mm；