[发明专利]含Mg-Zn-Gd基准晶中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高含量准晶中间合金及其制备方法，具体说是采用简单设备制备出含Mg-Zn-Gd基热稳定二十面体准晶的中间合金材料，属于轻合金设计与制备领域。

背景技术

1984年，美国谢切曼(D.Shechtman)(Shechtman D，Blech I，GratiasD，et al.Metallic phase with long-range orientational order and notranslational symmetry.Phys Rev Lett，1984，53，1951-1954.)等人在研究急冷Al-Mn合金时最早发现了具有5次旋转对称的合金相，其不同于以前所认识的晶体和非晶体结构，是一种新的物质形态称之为准晶。准晶准确的定义是同时具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，具有5次和高于6次的8次、10次和12次等特殊对称性。从发现准晶以来，人们对准晶进行了深入、广泛的研究，在准晶的结构和物理性能等各方面研究都取得了很大的进展。尤其是1987年Tsai等人首次发现了热力学稳定的Al-Cu-Fe二十面体准晶相(I相)，该类准晶相即使加热到熔点附近都是稳定的，且制备工艺允许使用常规铸造技术来进行，同时准晶结构十分完整。这一发现突破了原先人们认为准晶必须在大于一定的临界冷速时才可能形成的认识，后来在近似平衡凝固的较慢冷却条件下也发现了准晶的形成，而且在较低的冷速下形成的准晶稳定性也更高，这是由于在凝固过程中形成的准晶具有较低的界面能，使准晶在高温下不易长大和粗化，所以表现出很高的热力学稳定性。随后在Al-Cu-Li、Al-Pd-Mn、Zn-Mg-RE(RE＝Ga、Y、Tb、Dy、Ho、Er、Sc、Gd)等合金系中相继发现了稳态准晶的存在，这对准晶结构和性能的研究意义重大，使准晶的研究进入了一个新的阶段。

稳定准晶主要为二十面体结构。按照构成准晶的原子团簇结构不同，二十面体准晶可分为两类结构体系。其中A类二十面体准晶的原子团簇是由Mackay二十面体组成，简称MI型。B类二十面体准晶的原子团簇是Samson-Pauling-Bergman菱形三十面体，简称Frank-kasper型，即FK型。同时，每个体系可以含有两种晶体结构：简单点阵(SI型)和面心点阵(FCI型)两种结构。SI型指的是倒易空间呈简单二十面体晶格分布，FCI型指的是倒易空间呈面心立方二十面体晶格分布(H Saito，K Fukamichi，T Goto，A P Tsai，A Inoue，T Masumoto，Journal of Alloys and Compounds，1997，252，6-11.和S.Ebalard，F.Spaepen，The icosahedral reciprocallattice of quasi-periodic crystal structure among the icosahedralcrystals，J.Mater.Res，1989，4(1)，39-43.)前人研究表明，在不同工艺条件下Mg-Zn-RE系准晶的结构也不同，如通过普通凝固工艺获得的准晶为FCI型结构准晶，而采用急冷工艺获得的准晶为SI型结构准晶(I.R.Fisher，M.J.Kramer，A.I.Goldman，Recent advances in the studyof quasicrystals.Micron，2000，31(5)，469-473.和R.Sterzel，E.Dahlmann，A.Langsdorf，W.Assmus，Preparation of Zn-Mg-Rare earthquasicrystals and related crystalline phases.Materials Science andEngineering，2000，294-296，124-126.)