[发明专利]具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃及其制备方法。

背景技术

金属玻璃由于其特殊的原子排列结构，使得它们具有通常晶态金属材料无法比拟的功能特性，例如高强度、大弹性极限、优异的耐腐蚀性能、过冷液相区内的粘性流动特性等，在结构材料、微型精密器件和生物医用材料等方面都有着广阔的应用前景。

粘性流动是金属玻璃独特而重要的功能特性之一。金属玻璃在其过冷液相区内处于低流应力的粘性状态，可实现高速超塑性变形。利用这种特性，金属玻璃可以进行挤压成形、模铸、锻造、连接、粉末固化成形等工艺。尤为特别的是，由于非晶相在纳米尺度结构的均匀性，还可实现纳米级的模铸、压印等超塑性成形与加工。利用这种特性，可通过短流程精密净成形来直接生产形状复杂的结构零件，并发展相关的新型加工工艺技术，例如：微米/纳米尺度高精密零件的流变成形、超高密度光学记录光盘加工技术、材料结构一体化技术和压铸成形技术等，这些加工技术都具有显著提高产品的性能和制备效率，大幅降低单位产品能耗的优点。作为超塑性加工用金属玻璃，需具备较低的玻璃转变温度（T_g），宽的过冷液相区间ΔT_x（ΔT_x=T_x-T_g，T_x：结晶化温度），以及在过冷液相区内较低的粘度，以便于实现超塑性加工。此外，大的临界尺寸和良好的塑性变形能力也是超塑性加工用金属玻璃所必需的条件。

金属玻璃的形成需要较快的冷却速度，早期发现的金属玻璃由于其玻璃形成能力较差只能形成很薄的条带或细丝状的金属玻璃。近年来，人们相继在锆基、钛基、钯基、铁基、镍基、铜基和稀土基等合金系中开发出具有大玻璃形成能力的块体金属玻璃，并将部分块体金属玻璃材料实用化，取得了显著效益。目前已经发现的钯基金属玻璃有Pd-Si：Yao KF et al,Sci China Ser G,51(2008)414、Pd-Ni-P：Kui HW et al,Appl Phys Lett,45(1984)615、Pd-Ni-Si-P：中国发明专利200710118935.X、Pd-Ni-Cu-P：Inoue A et al,Mater Sci Eng A,226-228(1997)401、Pd-Cu-Si：中国发明专利200710118933.0、Pd-Si-Ag-Au：Chen N et al,Phil Mag Lett,90(2010)771和Pd-Si-Ag-Au-P：Liu L et al,Mater Trans46(2005)2945等典型合金系。这些钯基金属玻璃大都具有较大的临界尺寸和较宽的过冷液相区间。但是制备这些金属玻璃大都需采用玻璃包覆介质提纯处理，抑制合金凝固过程中的非均匀形核，从而获得较大的尺寸。进行玻璃包覆提纯需保持合金在其熔点以上至少10个小时，这使得制备该金属玻璃不仅过程复杂、能耗高，而且效率低。此外，这些具有大临界尺寸的钯基金属玻璃大都含有磷元素。由于磷在熔炼时极易挥发，含磷的合金的熔炼和制备也十分不便。

因此，开发不含易挥发元素（如：磷等），且能够通过简单制备工艺即可获得大临界尺寸，同时具有宽的过冷液相区间和良好力学性能的超塑性加工用钯基金属玻璃，具有重大的科学意义和实用价值。

发明内容

本发明提供了一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃。该金属玻璃不含易挥发的磷元素，且制备过程中不需玻璃包覆介质提纯处理，制备方法简单高效；金属玻璃兼具高玻璃形成能力、宽过冷液相温度区间、低粘度、优异的超塑性加工性能和良好的力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃，其特征在于：具体成分表达式为Pd_{100-a-b-c-d-e}Si_aAg_bCu_cNi_dCo_e，式中a、b、c、d和e分别表示各对应元素的原子百分比，其中a=14～18，b=0～10，c=0～10，d=0～8，e=0～8，且满足6≤b+c≤12或4≤b+d+e≤12。其典型成分为Pd₇₅Si₁₅Ag₃Cu₇或Pd₇₉Si₁₆Co₂Ni₃。