一類可鑄造形成釐米尺度非晶態塊體材料的鎂合金的製作方法
2023-10-25 16:12:27 2
專利名稱：一類可鑄造形成釐米尺度非晶態塊體材料的鎂合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及非晶態合金(或金屬玻璃)，特別提供了一類可採用銅模鑄造形成釐米尺度非晶態塊體材料的鎂合金
背景技術：
相對於普通的多晶體金屬材料而言，非晶態合金(亦稱金屬玻璃)的主要結構特徵為原子排列沒有長周期的有序度，也沒有晶界。因此具有高強度、耐腐蝕、各向同性等優異的性能。在汽車、飛行器、微型機械、微電子、體育用品、精密儀器、防盜設備、能量轉換、醫用材料等領域具有廣泛的應用前景。普通的金屬與合金從液態冷卻時將發生結晶，凝固成多晶體結構的材料。非晶態合金通常是將合金熔體冷卻至低於它的玻璃轉變溫度(一般用Tg表示)，避免發生明顯的晶體形核與結晶，從而凝固形成非晶態(或玻璃態)結構的金屬材料。
自20世紀60年代起，人們發現某些合金如果以足夠快的冷卻速率冷卻時可以產生過冷(低於熔點溫度仍不發生結晶)，在室溫下仍保持為極度粘滯的液相或者是玻璃相。所需的典型冷卻速率大約為104K/秒至106K/秒。為了實現這樣快的冷卻速率，需要將少量的合金熔體與保持在室溫附近的導熱基板(如銅板)相接觸。制約非晶態材料尺度的原因主要是由於必須以足夠快的速率抽取熱量以抑制結晶過程。因此，以前發展的大多數非晶態合金只能夠得到粉末、薄帶、細絲、薄片等形態，這些粉末、薄帶、細絲、薄片可通過將合金熔體噴射在快速轉動的冷卻銅輥上、滴落在冷卻的金屬錘砧之間或者是將冷卻的基板快速移動通過狹窄的噴嘴等方法來獲得。
合金熔體冷卻時抵抗結晶的能力表現為熔體冷卻形成非晶態所需臨界冷卻速率的大小。為了便於更廣泛的實際生產或者應用，抑制結晶發生所需要的理想冷卻速率為10-1～102K/秒數量級或者更低。隨著合金本身臨界冷卻速率的降低，人們可以製備出具有更大橫截面的非晶態部件。這樣的合金在加熱至過冷液態時能夠有充分的時間進行工業規模的加工處理，而不發生結晶。臨界冷卻速率大致與塊體材料幾何尺寸的平方成反比，即Rc=10t2.]]>其中Rc表示臨界冷卻速率(單位為K/秒)，t表示厚度(以釐米為單位)。Rc越小，t越大。近年來，人們相繼在鋯基、鈀基、鉑基、釔基、鈣基、鐵基、銅基、鑭基、釹基等為主要元素的合金中發現了可以用銅模鑄造形成釐米量級厚度或直徑的塊體非晶態合金。這些合金的玻璃形成臨界速率在數量級上小於10K/秒。
通常，合金的本徵非晶形成能力以及合金熔體的熱穩定性主要依賴於合金的化學成分，而且對成分的變化十分敏感。有些情況下，元素含量1％(原子百分數)的變化可導致非晶形成能力的大幅度變化。合金成分的複雜化或多元化(即由多種合金元素組成)可以改進提高合金的本徵玻璃形成能力，降低玻璃形成的臨界冷卻速率。對於鎂合金來說，現已發現Mg-Zn(Ga、Gd)等二元合金，Mg-Zn(Sn)-Ga、Mg-Zn-Au、Mg-Cu-Ca、Mg-TM-X(TM為Cu或Ni)，X為Sn、Si、Ge、Zn、Sb、Bi或In)、Mg-TM-RE(TM為Cu或Ni，RE為稀土Y、Gd、Nd、La、Ce或Te)、Mg-TM-AE(TM為Cu或Ni，AE為鹼土Ca、Sr或Ba)等三元合金，Mg-Cu-Zn(Al，Ag，Li)-Y等四元合金在某些特定的成分範圍可由熔體冷卻形成非晶態合金。不同合金形成非晶態的臨界冷卻速率差異很大，範圍從106K/秒數量級至50K/秒數量級。三元以上合金的玻璃形成臨界冷卻速率明顯低於二元合金，具有更強的非晶形成能力。例如，Mg65Cu20Zn5Y10(下標為原子百分比)合金可採用銅鏌澆鑄形成直徑為6mm的金屬玻璃圓棒。
鎂的密度僅為1.738克/立方釐米。鎂合金是實際應用中最輕的金屬結構材料。與其它普通的金屬結構材料和工程塑料相比，鎂合金具有很多優良的特性如密度低、比強度高、機械加工性能優良、鑄造性和阻尼減震性好、熱導率高、尺寸穩定性高、電磁屏蔽性能優良、美觀、易於回收利用等。鎂在地殼中的含量相當豐富，而且具有很高的回收率。鎂合金也因此被譽為「21世紀的綠色工程材料」。鑑於這些特點，鎂合金在汽車、通信、電子、電器、航空、航天、交通、冶金、化學、電化學等行業中都有廣泛的應用需求。
非晶態鎂合金具有很高的強度，其屈服強度約為600～800兆帕，是普通多晶體鑄造鎂合金的2至4倍，幾乎可以同鋼鐵材料相媲美，但密度為3～4克/立方釐米，因此具有很高的比強度，作為結構材料可具有明顯的減重效果，具有強非晶形成能力的鎂合金可用於製備更大幾何尺寸的棒材、板材或直接鑄造成零部件，滿足更為廣泛的應用需求。
發明內容
本發明將提供一類易於製備成為非晶態結構的鎂合金，用普通銅模澆鑄的方法即可形成釐米尺度的非晶態塊體材料或者零部件。這類材料具有高強度、低密度、高比強度的特點。
本發明提供一類可採用銅模澆鑄形成非晶態結構的多組元鎂合金，其合金成分的表達式為Mga(Cu1-xAgx)bRc。其中a，b，c為原子百分比，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，a＝45～65％，b＝25～45％，c＝8～15％，a+b+c＝100％，x＝0.01～0.5。在此成分範圍的合金熔體澆鑄至銅模內腔後，可形成非晶態結構的塊體材料或者零部件。
本發明提供一類可採用銅模澆鑄形成非晶態結構的多組元鎂合金，其合金成分的表達式為Mga(Cu1-xAgx)bTyRc。其中a，b，c，y為原子百分比，T為元素Ni、Zn、Pd中的至少一種，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，a＝45～65％，(b+y)＝25～45％，c＝8～15％，a+b+y+c＝100％，x＝0.01～0.5，y≤5％。在此成分範圍的合金熔體澆鑄至銅模內腔後，可形成非晶態結構的塊體材料或者零部件。
本發明提供一類可採用銅模澆鑄形成非晶態結構的多組元鎂合金，其合金成分的表達式為Mga(Cu1-xAgx)bRcXz，其中a，b，c，z為原子百分比，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，X為元素Zr、Nb、Cr中的至少一種，a＝45～65％，b＝25～45％，(c+z)＝8～15％，a+b+c+z＝100％，x＝0.01～0.5，z≤2％。在此成分範圍的合金熔體澆鑄至銅模內腔後，可形成非晶態結構的塊體材料或者零部件。
本發明提供一類可採用銅模澆鑄形成非晶態結構的多組元鎂合金，其合金成分的表達式為Mga(Cu1-xAgx)bTyRcXz，其中a，b，y，c，z為原子百分比，T為元素Ni、Zn、Pd中的至少一種，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，X為元素Zr、Nb、Cr中的至少一種，a＝45～65％，(b+y)＝25～45％，(c+z)＝8～15％，a+b+y+c+z＝100％，x＝0.01～0.5，y≤5％，z≤2％。在此成分範圍的合金熔體澆鑄至銅模內腔後，可形成非晶態結構的塊體材料或者零部件。
本發明的多組元非晶態鎂合金中，氧含量最好不超過0.1％(重量百分比)。
本發明提供的多組元鎂合金具有很好的非晶形成能力，經熔體銅模澆鑄可形成非晶態結構的塊體材料。鑄件的幾何形狀取決於熔體澆鑄所使用的銅模內腔設計，可以為圓柱體、稜柱、薄板、多面體等形狀的零部件，銅模質量不小於15千克，以保證具有足夠大的熱容吸收熔體的熱量，降低澆鑄後熔體冷卻導致的銅模溫升。模具的溫升應低於5℃。在使用圓柱形內腔的模具條件下，合金形成完全非晶態結構塊體的臨界厚度(或直徑)為0.4～2.5釐米。不同成分的合金形成非晶態塊體材料的臨界尺寸不同。在均形成非晶態合金的前提下，合金的抗氧化能力、耐蝕性、韌性和熱穩定性略有不同。
本發明提供的多組元非晶態鎂合金的基本製備過程如下按照給出的合金成分表達式，分兩步熔煉製備母合金，先將Cu、Ag、Ni、Y、Gd等高熔點組元的塊體材料在真空電弧爐的水冷銅坩堝中反覆熔煉為中間合金，以降低與低熔點組元之間的熔點差異。然後，再將中間合金與Mg、Zn等低熔點元素的塊體材料放置於一起，用真空感應熔煉的方法熔煉成母合金。每一步驟的熔煉需反覆數次，以保證合金成分的均勻，製備後的母合金再經感應加熱或電阻加熱重熔後，澆入銅模冷卻至室溫，即形成所需的塊體材料或零部件。也可將母合金利用擠壓鑄造技術製備成零部件。
本發明提供的非晶態鎂合金，其軸向壓縮斷裂強度可達到650～850兆帕。鑄件內如有少量氣孔，可導致強度下降。
為了保證由熔體冷卻形成非晶態，本發明所提供的合金，Mg含量不能低於45％，也不能超過65％。這一範圍之外的Mg含量將導致合金非晶形成能力下降，不能在較低的冷卻速率下獲得非晶態的合金，無法製備出厚度超過3毫米的、均勻的非晶態塊體材料或者零部件。由於Mg元素易於揮發，在合金配置過程中應根據實際條件適量增加些(不超過5％)作為補償，成分的偏差應不超過1％(原子百分數)。合金中Cu和Ag元素的作用為提高非晶形成能力，(Cu+Ag)的總含量不能高於40％，否則在熔體冷卻過程中易於析出金屬間化合物晶體而不能形成單一、均勻的非晶態結構。合金中R(Y、Gd、Nd、Mm)元素的作用是提高非晶形成能力和吸收氣相雜質元素(如氧)，R含量不能低於8％，也不能超過15％。T(Ni、Zn、Pd)元素可以增強合金的非晶形成能力，其含量不超過5％。X(Zr、Nb、Cr)元素可以提供合金的韌性，但會使合金的非晶形成能力略有下降或者是組織結構的不均勻，其含量不能超過2％。
本發明提供的多組元非晶態鎂合金中允許存在有少量雜質，如氫、氧、氮、碳、磷等，雜質元素主要來自於起始材料、合金冶煉過程中的氣氛、坩堝材料等。許多合金(如鋯基、鐵基等)的非晶形成能力對雜質的引入極為敏感，少量的雜質存即可明顯地導致合金非晶形成能力的下降。例如，合金中的氧含量超過氧的固溶度，會析出金屬氧化物相，成為結晶的形核質點，從而導致過冷熔體穩定性的急劇下降，最終在冷卻過程中無法形成非晶態結構。本發明提供合金的主要元素Mg和稀土(如Y、La、Ce、Nd、Sm、Gd、Mm等)是非常活潑的元素，與氧等氣相雜質元素具有很強的親和力，雜質元素的引入在合金的製備與鑄造過程中難以避免，但只要適當控制合金成分，少量的鎂氧化物和稀土氧化物的存在仍可保證合金具有較好的非晶形成能力。儘管如此，合金中的氧含量不宜超過0.1％(重量百分比)。
根據銅模與熔體接觸的熱傳導能力，薄板或圓棒中心處的冷卻速率最低，而與銅模接觸的表面冷卻最快。因此，整個塊體材料能否形成均勻的非晶態結構是由芯部處的冷卻速率所限制的。塊體材料的厚度(或直徑)每增加1個數量級需要將合金的非晶形成臨界冷卻速率降低約2個數量級。例如，完全為非晶態的厚度大約為1、4和25毫米的圓棒，其臨界冷卻速率大致分別相當於500、50和10K/秒。許多常見的加工技術均可達到這樣的冷卻速率，諸如，將合金熔體鑄入循環水冷卻的銅模來生產厚度大於1毫米的非晶材料的塊、板、棒或者近淨形零件。本發明提供的合金非晶形成的臨界冷卻速率(冷卻過程中避免結晶所需的最小冷卻速率)大約在5～1K/秒，可以採用普通銅模澆鑄的方法製備出塊、板、棒等多種形狀的非晶態材料或零部件。也可將母合金放入在熔化狀態下不與合金熔體發生反應的鐵管、鉬管內(內徑為0.5-3釐米)，抽真空密封后，加熱至合金熔點以上約100℃，熔化均勻後，淬入水(或鹽水等淬火介質)中，得到非晶態塊體材料，形成完全非晶材料的臨界尺寸要明顯大於銅模澆鑄的情況。
圖1為銅模澆鑄製備的鑄態非晶態合金圓棒，a)直徑為1.6cm的Mg54Cu24.5Ag10.5Y11合金(實施例1)，b)直徑為2.5cm的Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11合金(實施例4)；
圖2為七種合金銅模澆鑄圓棒橫截面的X-射線衍射譜，a)Mg54Cu24.5Ag10.5Y11，1.6釐米(實施例1)，b)Mg60Cu25Ag3Y10Mm2，1.2釐米(實施例2)，c)Mg56Cu20Ag11Gd6Nd7，1.4釐米(實施例3)，d)Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11，2.5釐米(實施例4)，e)Mg55Cu20Ag10Zn3Gd12，1.8釐米(實施例5)，f)Mg61Cu14Ag12Nd12Zr1，0.8釐米(實施例6)，g)Mg58Cu18Ag12Ni2Gd9Nb1，0.8釐米(實施例7)；圖3為七種合金銅模澆鑄圓棒的連續加熱DSC曲線(加熱速率為20℃/min)，a)Mg54Cu24.5Ag10.5Y11，1.6釐米(實施例1)，b)Mg60Cu25Ag3Y10Mm2，1.2釐米(實施例2)，c)Mg56Cu20Ag11Gd6Nd7，1.4釐米(實施例3)，d)Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11，2.5釐米(實施例4)，e)Mg55Cu20Ag10Zn3Gd12，1.8釐米(實施例5)，f)Mg61Cu14Ag12Nd12Zr1，0.8釐米(實施例6)，g)Mg58Cu18Ag12Ni2Gd9Nb1，0.8釐米(實施例7)；
具體實施例方式實施例1 Mg54Cu24.5Ag10.5Y11合金(名義成分為原子百分比，下同)以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Y元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Y三元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Y中間合金與Mg元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成四元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取60克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，傾轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ16mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑16mm、長60mm的圓棒，見圖1a。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為820兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2a。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3a，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
實施例2 Mg60Cu25Ag3Y10Mm2合金以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Y、Mm元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Y、Mm四元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Y、Mm中間合金與Mg元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成五元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取40克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，翻轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ12mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑12mm、長60mm的圓棒。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為780兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2b。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3b，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
實施例3 Mg56Cu20Ag11Gd6Nd7合金以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Gd、Nd元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Gd、Nd四元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Gd、Nd中間合金與Mg元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成五元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取50克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，翻轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ14mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑14mm、長60mm的圓棒。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為810兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2c。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3c，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
實施例4 Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Gd元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Gd三元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Gd中間合金與Mg元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成四元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取150克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，翻轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ25mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑25mm、長60mm的圓棒，見圖1b。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為840兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2d。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3d，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
實施例5 Mg55Cu20Ag10Zn3Gd12合金以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Zn、Gd元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Gd三元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Gd中間合金與Mg、Zn元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成五元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取90克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，翻轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ18mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑18mm、長60mm的圓棒。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為710兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2e。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3e，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
實施例6 Mg61Cu14Ag12Nd12Zr1以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Nd、Zr元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Nd、Zr四元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Nd、Zr中間合金與Mg元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成五元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取20克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，翻轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ8mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑8mm、長60mm的圓棒。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為850兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2f。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3f，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
實施例7 Mg58Cu18Ag12Ni2Gd9Nb1
以市售純金屬Mg、Cu、Ag、Ni、Gd、Nb元素的棒、塊、錠、板等塊體材料(純度高於99.5％，重量百分比)為起始材料，首先在經過鈦純化的氬氣氣氛下電弧熔煉Cu、Ag、Ni、Gd、Nb五元合金作為中間合金，再將Cu、Ag、Ni、Gd、Nb中間合金與Mg元素材料在惰性氣氛下感應熔煉成六元母合金錠。母合金錠需反覆熔煉數次以保證成分的均勻性。取20克母合金材料放置於石墨坩堝中，在普通電阻爐中加熱至580℃熔化後將坩堝移出，翻轉倒入銅模中。銅模內腔的幾何形狀為φ8mm×60mm(可根據需要選擇不同的直徑和長度或其它幾何形狀)。熔體冷卻後形成直徑8mm、長60mm的圓棒。圓棒橫截面經機械拋光後用於X射線衍射(XRD)分析。在其它條件不變的情況下，改換內腔幾何形狀為φ4mm×60mm的銅模，澆鑄出直徑4mm、長60mm的圓棒，用低速金剛石鋸從圓棒上截取直徑4mm、高8mm的試樣，將兩端拋光，用於軸向壓縮性能測試，加載的應變速率為1×10-4秒-1。由應力-應變曲線上測得的壓縮斷裂強度為840兆帕。自鑄態圓棒上取少量試樣(約10mg)用於差示掃描量熱(DSC)分析，加熱速率為20℃/分鐘。XRD譜為典型的非晶結構漫散峰，未出現晶體相的衍射峰，說明整個鑄態圓棒為單一非晶相，見圖2g。DSC曲線可觀察到由於玻璃轉變引起的放熱臺階和晶化轉變引起的若干放熱反應，見圖3g，進一步證實鑄態合金為非晶態結構。
表1 代表性合金以及在銅模澆鑄條件下可以形成均勻非晶態圓棒材料的最大直徑(Dmax)
權利要求
1.一類易於通過熔體銅模澆鑄形成非品態結構的鎂合金，其成分表達式為Mga(Cu1-xAgx)bRc，其中a，b，c為原子百分比，R為元素Y、Gd、Nd、Mm(Mm為混合稀土)中的至少一種，a＝45～65％，b＝25～45％，c＝8～15％，a+b+c＝100％，x＝0.01～0.5。
2.一類易於通過熔體銅模澆鑄形成非晶態結構的鎂合金，其成分表達式為Mga(Cu1-xAgx)bTyRc，其中a，b，c，y為原子百分比，T為元素Ni、Zn、Pd中的至少一種，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，a＝45～65％，(b+y)＝25～45％，c＝8～15％，a+b+y+c＝100％，x＝0.01～0.5，y≤5％。
3.一類易於通過熔體銅模澆鑄形成非晶態結構的鎂合金，其成分表達式為Mga(Cu1-xAgx)bRcXz，其中a，b，c，z為原子百分比，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，X為元素Zr、Nb、Cr中的至少一種，a＝45～65％，b＝25～45％，(c+z)＝8～15％，a+b+c+z＝100％，x＝0.01～0.5，z≤2％。
4.一類易於通過熔體銅模澆鑄形成非晶態結構的鎂合金，其成分表達式為Mga(Cu1-xAgx)bTyRcXz，其中a，b，y，c，z為原子百分比，T為元素Ni、Zn、Pd中的至少一種，R為元素Y、Gd、Nd、Mm中的至少一種，X為元素Zr、Nb、Cr中的至少一種，a＝45～65％，(b+y)＝25～45％，(c+z)＝8～15％，a+b+y+c+z＝100％，x＝0.01～0.5，y≤5％，z≤2％。
全文摘要
本發明提供了一類可以形成釐米尺度非晶態塊體材料的鎂合金，其特徵在於，合金成分的表達式為Mg
文檔編號B22D21/00GK1844433SQ20051004618
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月6日 優先權日2005年4月6日
發明者麻晗, 徐堅, 史玲玲, 鄭強, 沈勇 申請人:中國科學院金屬研究所