[发明专利]铱非晶合金丝及其制备方法

说明书

本发明提供一种铱非晶合金丝，其为由下列组成的铱非晶合金材料制得的截面直径从几微米到几百微米的合金丝，Ir_a‑[Ta_x(Nb)_1‑x]_b‑[Ni_y(Co)_z(Fe)_r(Cu)_m(V)_n(W)_k]_c‑B_d其中，a、b、c、d均为原子百分数，且20≤a≤40，30≤b≤40，20≤c≤35，0≤d≤15，a+b+c+d＝100；x、y、z、r、m、n、k为原子分数，0≤x,y,z，r，m,n,k≤1且y+z+r+m+n+k≤1；其中，所述的非晶合金材料中的非晶相不低于75％。本发明还提供上述铱非晶合金材料的制备方法。本发明籍由对铱非晶合金材料的成分调整，获得具有良好的铱非晶合金形成能力以及较宽的过冷液相区，增大了铱非晶合金尺寸且避免了高温晶化，从而可以制备出现有技术从未制造出的微米尺度或纳米尺度的丝状铱非晶合金。

技术领域

本发明属于凝聚态物理和材料科学领域。

背景技术

铱合金丝具有独特的高温抗氧化性、良好的热稳定性和高硬度等特性，使其在火花塞电极、白炽光灯丝、高温抗氧化热电偶、传感器等方面有广泛的应用。此外，医疗上将放射性同位素铱-192丝作为γ放射源来治疗癌症。

然而，金属铱的熔点为2410℃左右且在室温下极脆，因此通常制备铱合金丝需要在高达1800℃以上进行成型。在如此高的作业温度下，对模具的耐高温要求以及达到高温条件的能耗和合金丝的氧化等问题显得异常突出。更糟糕的是，当温度达到1227℃时，铱会与氧气反应生成气态氧化物IrO₃，造成铱的质量损失(文献1：Chen Z,Wu W,CongX.Oxidation resistance coatings of Ir–Zr and Ir by double glow plasma[J].Journal of Materials Science&Technology,2014,30(3):268-274.)。这类问题直接导致铱合金丝的应用成本大大升高，不利于市场推广。

为了得到含铱的合金丝，研究者们把目光转向了非晶材料领域。

众所周知，非晶合金又称金属玻璃，它和玻璃一样具有较稳定的过冷液相区。当非晶合金的温度升高到其玻璃转变温度T_g(约0.67倍熔点T_m)附近，就变成类似粘稠液体的过冷液态，其过冷液相可以在几十度甚至一百多度的温区较长时间地存在。具有稳定的过冷液态的非晶合金具有出色的超塑性变形能力，大大地改善了铸造成型的能力。而且，由于非晶合金在凝固的过程中体积变化要比晶态合金小很多，在超塑性变形的过程中体积没有突变，所以不易形成缩孔，气孔等铸造缺陷，并且，成型后铸件表面可达纳米级别的粗糙度，不需要二次加工。

因为铱属于面心立方结构，在铸造过程中，其晶向往往偏向于<100>方向，但是有部分<111>等其它晶向，这使得其抗氧化性和抗腐蚀性大打折扣(文献2Sakairi K,TanakaK,Nakamura M,et al.Metal Wire Rod Made of Iridium-Containing Alloy:U.S.PatentApplication 13/882,572[P].2011-12-15.)。但是，如果形成含铱的非晶合金，由于非晶合金没有晶格取向，宏观上表现为各向同性，因而可打破晶界的限制。也就是说，相较于同成分的晶态合金，非晶合金有更好的耐腐蚀性、抗氧化性和硬度。这一点已从现有的锆基、铁基非晶合金得以证实。