專利名稱：Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塊體金屬玻璃領(lǐng)域，特別是涉及一種以稀土為基體的塊體金屬玻璃材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
通常情況下，固態(tài)金屬及其合金都以結(jié)晶狀態(tài)存在。1960年Duwez發(fā)現(xiàn)，在快速冷卻的條件下，AuSi系液態(tài)合金在凝固過程中形成非晶態(tài)，引起材料科學(xué)界的高度重視。在 20世紀(jì)80年代末制備出三維尺寸都大于Imm的塊體金屬玻璃是非晶合金發(fā)展中的一個(gè)重要里程碑。與傳統(tǒng)的利用快淬甩帶法制備的非晶薄帶不同，塊體金屬玻璃主要是通過合金的成分設(shè)計(jì)，而不是依靠快速冷卻的工藝獲得的。目前，在常規(guī)的鑄造技術(shù)所能夠達(dá)到的冷卻速度條件下，已有幾十余種合金體系可以制備出塊體金屬玻璃。近幾年的研究結(jié)果表明， 稀土基塊體金屬玻璃，例如Gd6tlCo26Al 14，Ho30Y26Al24Co20，Er50Al24Co20 Y6等，具有大的磁熵變和相對(duì)制冷量，非常適合作為磁致冷工質(zhì)使用。然而，有限的非晶形成能力和較低的熱穩(wěn)定性成為稀土基塊體金屬玻璃在工程應(yīng)用上巨大阻礙。因此，要進(jìn)一步推動(dòng)稀土基塊體金屬玻璃在磁制冷領(lǐng)域的應(yīng)用，還必須繼續(xù)提高合金的非晶形成能力及其熱穩(wěn)定性，制備出更大尺寸的非晶合金。此外，塊體金屬玻璃的研究為材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理中若干重大科學(xué)問題也提供了新的機(jī)遇。已有的研究結(jié)果表明，采用水冷銅模吸鑄的方法，可以將成分為Gd52.5Co18.5Alffl的合金形成最大圓柱體直徑為3mm的塊體金屬玻璃，并且該合金還具有大的磁熵變和相對(duì)制冷量。因此，在該合金體系中探尋出一種方法制備出具有更好非晶形成能力的Gd-Co-Al金屬玻璃具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用合金化的方法，通過在Gd-Co-Al塊體金屬玻璃成分的基礎(chǔ)上采用鐿替代部分鋁的方法，提供一種具有更好非晶形成能力和熱穩(wěn)定性的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃及其制備方法，使其更適合作為磁致冷工質(zhì)使用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，具體為
本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃其組成及原子百分?jǐn)?shù)為GdaCobAl。Yd，其中 51. O 彡 a 彡 53. 2,17. O ^ b ^ 18. 5,25. O 彡 c 彡 29. O、1. O 彡 d 彡 4. 0，且 a+b+c+d=100。本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其組分及其原子百分?jǐn)?shù)最好為 Gd51.7Co18.2Α126· 6Υ3. 5。本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其組分及其原子百分?jǐn)?shù)還可以為 Gd53. 2^017. ΙΑ128. 7Υ1· 0ο本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Y大塊金屬玻璃，其最大直徑為8毫米，最大過冷液相區(qū)寬度為77Κ。本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃的制備方法，其包含以下步驟(1)按Gd51.^2Co17.^5Al25.^tlY1.“』化學(xué)式稱料；其中釓、鈷、鋁、鐿原材料的純度在 99.5% (質(zhì)量百分比)以上；
(2)將按步驟(1)配制好的原料放入非自耗真空電弧爐中，抽真空至3X10—5乇以上；用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次，熔煉溫度以原料熔化為止；
(3)將按步驟(2)熔煉好的母合金放入真空電弧爐吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成圓柱狀樣品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明所提供的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，可以形成直徑為 4mm以上的單一的非晶結(jié)構(gòu)，其最大臨界直徑可以達(dá)到8mm，其遠(yuǎn)大于Gd-Co-Al金屬玻璃形成的非晶結(jié)構(gòu)的直徑。并且發(fā)明所提供的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃具有較高的熱穩(wěn)定性， 過冷液相區(qū)寬度最大可以達(dá)到77K，其相比Gd-Co-Al金屬玻璃具有更高的熱穩(wěn)定性。另外本發(fā)明提供的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃的制備方法，具有制備工藝簡(jiǎn)單、材料顯微組織結(jié)構(gòu)為單一非晶結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1 是本發(fā)明實(shí)施例 1、2、3、4 制備的 GcU2C0iUAI28^Yh Gd51.5C0l8.QAl28.5Y2.Q、 Gd51.7Co18.2Α126· 6Υ3.5、Gd52 5匚〇18· 5ΑΙ25· C1Y4-O塊體金屬玻璃的X射線衍射譜；
圖 2 是本發(fā)明實(shí)施例 1、2、3、4 制備的 GcU2C0iUAI28^Yh Gd5L5Co18.0Al28.5Y2.0, Gd51.7Co18.2Α126· 6Υ3.5、Gd52 5匚〇18· 5ΑΙ25· ο Y4.0塊體金屬玻璃的示差熱分析曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :6(153.2&)17.4128. Ju塊體金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性
將純度大于99. 5%(重量百分比)的釓、鈷、鋁、鐿原料按GCU2CO1UAI28. Ju化學(xué)式稱料，將配制好的原料放入鈦吸附的氬氣氛非自耗真空電弧爐中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵兩級(jí)真空裝置抽真空至3X 10_5乇以上；利用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或略高于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次制成母合金；將按上述步驟熔煉好的母合金放入真空電弧爐水冷吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成直徑為4毫米的柱狀樣品。X射線衍射分析表明合金的衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說明合金由非晶相組成。示差掃描熱分析表明合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是598開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為666開爾文，合金的過冷液相區(qū)寬度(Δ T= Tx-Tg)為77開爾文。實(shí)施例2 =Gc^5C0mciAl28. J2^塊體金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性
將純度大于99. 5%(重量百分比)的釓、鈷、鋁、鐿原料按Gc^5C0mciAl28. Α』化學(xué)式稱料，將配制好的原料放入鈦吸附的氬氣氛非自耗真空電弧爐中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵兩級(jí)真空裝置抽真空至3X 10_5乇以上；利用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或略高于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次制成母合金；將按上述步驟熔煉好的母合金放入真空電弧爐水冷吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成直徑為4毫米的柱狀樣品。X射線衍射分析表明合金的衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說明合金由非晶相組成。示差掃描熱分析表明合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是615開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為676開爾文，合金的過冷液相區(qū)寬度(Δ T= Tx-Tg)為61開爾文。
實(shí)施例3 :Gd51.7Co18.2A126.6Y3.5塊體金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性
將純度大于99. 5%(重量百分比)的釓、鈷、鋁、鐿原料按Gd51.5Co18Al28.5Y3.5化學(xué)式稱料， 將配制好的原料放入鈦吸附的氬氣氛非自耗真空電弧爐中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵兩級(jí)真空裝置抽真空至3X 10_5乇以上；利用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或略高于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次制成母合金；將按上述步驟熔煉好的母合金放入真空電弧爐水冷吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成直徑為8毫米的柱狀樣品。X射線衍射分析表明合金的衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說明合金由非晶相組成。示差掃描熱分析表明合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是593開爾文，合金的初始晶化溫度 (Tx)為663開爾文，合金的過冷液相區(qū)寬度(Δ T= Tx-Tg)為70開爾文。實(shí)施例4 Gd^Co^Al^Yu塊體金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性
將純度大于99. 5%(重量百分比)的釓、鈷、鋁、鐿原料按Gd52. Wom5Al2MY4.^化學(xué)式稱料，將配制好的原料放入鈦吸附的氬氣氛非自耗真空電弧爐中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵兩級(jí)真空裝置抽真空至3X 10_5乇以上；利用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或略高于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次制成母合金；將按上述步驟熔煉好的母合金放入真空電弧爐水冷吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成直徑為3毫米的柱狀樣品。X射線衍射分析表明合金的衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說明合金由非晶相組成。示差掃描熱分析表明合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是599開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為653開爾文，合金的過冷液相區(qū)寬度(Δ T= Tx-Tg)為M開爾文。實(shí)施例5 10 =Gd53.0Co17.0A129. J1.0、Gd52.5Co18.5A127. J1.5、Gd52.5Co18.5A126.5Y2.5、 Gd52. 7^017. 0-^-128. 3^2. 0 ^d52 2匚〇18. 5Α_126. 3Υ3. 0 、Gd51 0Coi8_ O-A-128. 0 Y3.0塊體金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性
將純度大于99. 5% (重量百分比)的釓、鈷、鋁、鐿原料分別按Gd53.0Co17. /I29.0YL。、 Gd52. 5COi8. 5·Α127· 5Y1· 5、Gd52 5CO18· 26. 5^2. 5 、Gd52. 7Coi7_ O-A-I 28. 3 Y2- O Gd52 2CO18· 26. 3Υ3· 0 、
Gd5UCo18./I28-J3. ^化學(xué)式稱料，將配制好的原料放入鈦吸附的氬氣氛非自耗真空電弧爐中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵兩級(jí)真空裝置抽真空至3X 10_5乇以上；利用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或略高于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次制成母合金；將按上述步驟熔煉好的母合金放入真空電弧爐水冷吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成柱狀樣品。X射線衍射分析表明合金的衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說明合金由非晶相組成。其柱狀樣品的直徑以及通過示差掃描熱分析表明合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，合金的初始晶化溫度(Tx)，合金的過冷液相區(qū)寬度(ΔΤ= Tx-Tg)如表1。表1: Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃的熱物性參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其特征在于其組成及原子百分?jǐn)?shù)為GdaCobAl。Yd，其中 51. O ≤a ≤53. 2,17. O ≤b ≤18. 5,25. O ≤c ≤29. O、1. O ≤d ≤4. 0，且 a+b+c+d=100。
2.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其特征在于組分及其原子百分?jǐn)?shù)為Gd51.7Co18.2Al26.6Y3.5。
3.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其特征在于組分及其原子百分?jǐn)?shù)為 Kd^ComAliA.。。
4.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd-Co-Al-Y大塊金屬玻璃，其特征在于塊體金屬玻璃最大直徑為8毫米，最大過冷液相區(qū)寬度為77K。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃的制備方法，其特征是包含以下步驟(1)按Gd51.^2Co17.^5Al25.^tlY1.“』化學(xué)式稱料；其中釓、鈷、鋁、鐿原材料的純度在 99.5% (質(zhì)量百分比)以上；(2)將按步驟(1)配制好的原料放入非自耗真空電弧爐中，抽真空至3X10—5乇以上；用高純氬氣清洗方法清洗廣2次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉4飛次，熔煉溫度以原料熔化為止；(3)將按步驟(2)熔煉好的母合金放入真空電弧爐吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成圓柱狀樣品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃及其制備方法。該合金以釓為主要組元，其組成可用公式表示為GdaCobAlcYd，其中51.0≤a≤53.2、17.0≤b≤18.5、25.0≤c≤29.0、1.0≤d≤4.0，且a+b+c+d=100。該合金是將純度均不低于99.5%(質(zhì)量百分比)的Gd、Co、Al、Y按規(guī)定原子百分比配料，在鈦吸附的氬氣氛電弧熔中將合金反復(fù)熔化至成分均勻，獲得母合金鑄錠，然后采用水冷銅模吸鑄法獲得最大直徑為8毫米的塊體金屬玻璃。本發(fā)明提供的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，具有很高的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性，在磁致冷功能材料及結(jié)構(gòu)材料方面有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102304678SQ201110295609
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者付浩, 王明軒, 祖小濤, 鄭強(qiáng) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)