[发明专利]一种制备金属玻璃的新工艺

说明书

(一)技术领域    

本发明涉及一种制备金属玻璃的新工艺，属于材料科学领域。

（二）背景技术    

金属玻璃具有高强度、高韧性、高耐蚀性和高磁导率等优异的力学、物理与化学性能，以及高精密成形加工性等特点。作为一种新型结构与功能材料，金属玻璃已经在信息与电子器件、精密机械、航空航 天器件和体育运动器械等领域开始得到应用，市场前景十分诱人。如何制备金属玻璃是金属玻璃基础理论研究的一个重要方面，另外通过改变制备工艺可以获得具有更强玻璃形成能力和特殊性能的金属玻璃，因此具有重要的应用价值。

目前国内外制备金属玻璃一般采用将名义成分的组员首先制备成母合金，然后再将母合金熔化，利用真空铜模铸造或者石英管水淬等方法制备出金属玻璃。此类方法将母合金熔炼一次后就凝固得到金属玻璃，制备获得的金属玻璃的尺寸不理想，如何通过工艺手段提高合金的玻璃形成能力是一个亟待解决的问题。

金属玻璃的结构特征是无序中存在短中程有序结构（即团簇结构），这些微结构是从熔体中继承发展得来的，可以说熔体结构直接影响金属玻璃的形成。熔体中存在着从固态遗传下来或受固态结构影响的团簇结构，在凝固过程中，团簇对是否获得非晶态结构起关键作用。团簇存在与否，团簇的种类和性质如何，都是影响玻璃形成能力的因素。因此从固态遗传下来的结构必然影响金属玻璃的形成。

（三）发明内容   

本发明从固态遗传结构角度出发，提出了一种制备金属玻璃的新工艺。

本发明是通过真空电弧熔炼方法将预定名义成分合金中的组元制备成母合金；采用感应熔炼法将母合金重熔，通过铜模吹铸法将液态母合金制成第一代金属玻璃；再将第一代金属玻璃打磨、清洗后放入预先处理好的石英管中，再采用感应熔炼法将第一代金属玻璃加热至完全融化状态，通过铜模吹铸成型。

本发明由以下几部分组成：制备母合金，制备第一代金属玻璃，检测第一代金属玻璃的非晶特性，制备第二代金属玻璃，检测第二代金属玻璃的非晶特性，比较两代金属玻璃的玻璃形成能力。

一种制备金属玻璃的新工艺，其制备步骤如下：

1、将预定名义成分合金中拟含组元的原子百分比转换成重量百分比wt.%，称取各组元量值；将称量好的各组元，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼：熔炼条件为：首先抽真空至10^-3Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔化后，再持续进行电磁搅拌熔炼10秒钟，冷却，然后将其翻转；反复熔炼三次以上，得到成分均匀的母合金锭；

2、将上述母合金锭置于石英管内，石英管一端与外界氩气相通，一端有直径2mm的小孔，将石英管放入真空吹铸设备中，真空吹铸设备真空室抽真空至10^-3Pa，利用感应线圈加热的方式熔炼母合金，熔化后开启吹铸装置，同时断电，让合金熔体通过石英管的小孔充入铜模型腔中，冷却至室温，得到第一代金属玻璃；

3、将第一代金属玻璃打磨、清洗后放入石英管中，石英管一端与外界氩气相通，一端有直径2mm的小孔，将石英管放入真空吹铸设备中，真空吹铸设备真空室抽真空至10^-3Pa，利用感应线圈加热的方式熔炼，熔化后开启吹铸装置，同时断电，让合金熔体通过石英管的小孔充入铜模型腔中，冷却至室温，得到第二代金属玻璃。 

所述的检测第一代金属玻璃的非晶特性方法如下：

铸态的X射线衍射实验是在D/max-rB型X射线衍射仪上完成的。其扫描范围可达5o～100o，扫描速度为4deg/min，步长为0.02o，Cu靶辐射，工作电压和电流分别为40kV和120mA。金属玻璃的X射线衍射曲线通常表现为有一个漫散射峰，而晶体材料则表现为衍射曲线上强度各不相同的明锐的衍射峰。如果在铸态合金断面的X衍射曲线只有一个弥散的峰，表明第一次吹铸的合金是金属玻璃。

所述的检测第二代金属玻璃的非晶特性与检测第一代金属玻璃的非晶特性相同。

所述的比较两代金属玻璃的玻璃形成能力方法如下：