[发明专利]一种含类金属的轻稀土基块体非晶合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种非晶合金及其制备技术领域，具体涉及一种含类金属的轻稀土基块体非晶合金及其制备方法。一种含类金属的轻稀土基块体非晶合金的化学式为La_aCe_bAl_cGa_dC_eB_fSi_g；式中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，具体如下：a为20～75，b为1～40，c为17～37，d为0～6，e为5.1～16，f为0～5，g为0～5，且a+b=45～75、a+b+c+d+e+f+g=100。该合金的非晶形成能力与性能的可调控性高、制备工艺简单，具有较低密度、高强度和高硬度的优点，对拓展稀土基非晶合金的潜在应用具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种非晶合金及其制备技术领域，更特别地说是指一种含类金属的轻稀土基块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶合金（又称金属玻璃）作为一种典型的新材料，由于其结构中原子排列呈短程有序而长程无序的特点、且化学组分均匀，所以其不存在晶态材料中的晶界、相界偏析和位错等缺陷；因此，与相应的晶态材料相比，非晶合金具有独特的力学、物理和化学性能，可作为一种潜在的结构、功能或结构功能一体化材料，应用于国防和民用等众多领域。

在众多非晶合金中，稀土（RE）基非晶合金具有较高的玻璃形成能力可形成块体非晶合金（临界直径大于等于1 mm的非晶合金），同时由于稀土元素具有独特的原子结构，因而稀土基非晶合金通常表现出良好的延展性、高的硬磁性和优良的磁热效应等特点，作为新型具有独特物理性能的功能器件制备材料，在气象、军事和航空航天等诸多工业领域具有广泛的应用前景。而其中的轻稀土基块体非晶合金，即以镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）和钆（Gd）中的一种或多种元素为基体组元的非晶合金，具有高的非晶形成能力、宽的过冷液相区、超塑性、优良的导电性和良好的形状记忆效应等优点，使其作为新型结构功能一体化材料表现出十分重要的基础研究和工程应用价值。然而，目前已有的轻稀土基块体非晶合金主要存在以下三个问题：（1）基体组元（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu和Gd中的一种或多种元素）和其它组元（铝（Al）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）和镓（Ga）等中的两种或多种元素）为金属元素，因而现有轻稀土基块体非晶合金具有较高的密度（大多密度都大于6 g·cm^-3）；（2）较低的玻璃转变温度和晶化温度（大多玻璃转变温度和晶化温度分别小于250 ℃和300 ℃）；（3）低的强度和硬度（大多强度和硬度分别小于1 GPa和3GPa）。这将严重制约轻稀土基块体非晶合金的应用。例如，以现有轻稀土基非晶合金为材料制备航空航天机电系统用零部件时，上述问题不利于实现该类材料与器件的轻量化、限制该类材料与器件的服役温度和降低该类材料与器件的制造精度，进而严重影响材料与器件的服役性能与寿命。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有较低密度、高强度和高硬度的含类金属的轻稀土基块体非晶合金及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种含类金属的轻稀土基块体非晶合金，其化学式为La_aCe_bAl_cGa_dC_eB_fSi_g，式中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，a为20～75，b为1～40，c为17～37，d为0～6，e为5.1～16，f为0～5，g为0～5，且a+b=45～75、a+b+c+d+e+f+g=100。

本发明La_aCe_bAl_cGa_dC_eB_fSi_g块体非晶合金，优选成分为La₅₆Ce₆Al₂₉C₉。