專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非晶合金領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料。
背景技術(shù)：
非晶態(tài)聚合物具有強(qiáng)的玻璃形成能力、較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，及具有比通常的金屬玻璃更寬的過(guò)冷液相區(qū)(ΔTx)，因而具有非常廣泛的用途，可將其熱塑性特性應(yīng)用于模制和壓制方式的生產(chǎn)中。事實(shí)上，自上世紀(jì)40年代化學(xué)家發(fā)明了熱塑性塑料以來(lái)，塑料成為第二次材料工業(yè)革命的基礎(chǔ)，盡管它的強(qiáng)度只有鋼的五十分之一，但工廠(chǎng)用一個(gè)模子就能生產(chǎn)出許多個(gè)同樣的部件，這使得塑料產(chǎn)品以絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)獲得了極為廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代人類(lèi)的生活方方面面，塑料無(wú)所不在。
上世紀(jì)60年代初，人類(lèi)發(fā)明了非晶態(tài)的合金，也稱(chēng)之為金屬玻璃。金屬玻璃具有許多聚合物類(lèi)玻璃所沒(méi)有的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)、化學(xué)等性能。對(duì)于已經(jīng)形成的非晶合金，被重新加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以上時(shí)，非晶合金在晶化前存在一個(gè)不發(fā)生晶化的溫度區(qū)，稱(chēng)為過(guò)冷液相區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)冷液相區(qū)越寬，非晶合金的超塑性加工能力越強(qiáng)。對(duì)于具有良好形成能力的非晶合金，人們期望在時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變(TTT)圖上的晶化曲線(xiàn)向右，即向更長(zhǎng)的時(shí)間方向移動(dòng)。非晶合金抗晶化的能力與合金從熔態(tài)冷卻下來(lái)形成非晶所要求的冷卻速率有關(guān)，這是在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上對(duì)非晶合金進(jìn)行加工期間非晶相穩(wěn)定的一種標(biāo)志。
傳統(tǒng)的薄帶狀金屬玻璃應(yīng)其過(guò)冷液相區(qū)寬度太窄，難以用來(lái)研究金屬玻璃在過(guò)冷液相區(qū)的行為特性。上世紀(jì)90年代初，科學(xué)家研制出三維尺寸都達(dá)毫米至數(shù)厘米量級(jí)的金屬玻璃。對(duì)于大部分塊體金屬玻璃而言，一個(gè)重要特性是過(guò)冷液相區(qū)的寬度ΔTx一般都大于45K，有些可以超過(guò)100K。如果把這些塊體金屬玻璃在過(guò)冷液相區(qū)進(jìn)行塑性變形，由于粘性流動(dòng)而非常容易地改變形狀，即在過(guò)冷液相區(qū)可獲得理想的牛頓流體特性，應(yīng)用這種超塑性能獲得的最大的延長(zhǎng)率可達(dá)到15000％。塊體金屬玻璃在過(guò)冷液相區(qū)的可塑性就如同面團(tuán)一樣易于形變而用于精確地壓制成型，這對(duì)于晶態(tài)的金屬或合金材料在要保持原有的材料性能不變的情況下是無(wú)法壓制成形的。塊體金屬玻璃所具有的這些優(yōu)異性能和微觀(guān)上的均勻性也使其能成為一種新型的工程材料，如用于制造微電子、微機(jī)械系統(tǒng)等用途的各種微型部件等。從生產(chǎn)的角度看，因高應(yīng)變速率和超塑性特性、易于控制質(zhì)量，這些使得人們進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和提高生產(chǎn)量成為可能。
但到目前為止，對(duì)于已研制出的塊體金屬玻璃而言，大部分由于能形成的非晶材料尺寸小、可變形加工性和機(jī)械加工性等的缺乏，其可能夠應(yīng)用的工程領(lǐng)域非常有限。雖然現(xiàn)在人們已經(jīng)研制出許多種塊體金屬玻璃，但其較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和較低抗晶化能力也使它們象塑料那樣的可粘性流動(dòng)特性開(kāi)發(fā)使用受到極大的限制。象Pd、Pt亦或Au這類(lèi)貴金屬基的合金體系，玻璃形成能力非常好，在Tg溫度以上的過(guò)冷液相區(qū)表現(xiàn)出好的超塑性和精密成型的性能，但高昂的原材料成本一般僅使其成為實(shí)驗(yàn)室的研究之用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的金屬玻璃或是能形成的非晶材料尺寸小、缺乏可變形加工性和機(jī)械加工性，或是因其具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和較低抗晶化能力，使其可粘性流動(dòng)特性的開(kāi)發(fā)使用受到極大的限制，或是使用了諸如Pd、Pt或Au這類(lèi)貴金屬基的合金體系，原材料成本高昂，難以廣泛應(yīng)用的缺陷，從而提供一種具有低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、過(guò)冷液相區(qū)較寬ΔTx、使用更為廉價(jià)的和低純度原材料的鈰基非晶態(tài)金屬塑料。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CeaAlbMc其中55≤a≤75，5≤b≤25，10≤c≤25，且滿(mǎn)足a+b+c＝100；所述的M可以是Co、Cu和Ni三種元素中的任何一個(gè)；所述Ce、Al和M中的元素純度均不應(yīng)低于99.5wt％。
本發(fā)明提供另一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CedAleCufZg其中，55≤d≤75，5≤e≤15，15≤f≤25，0.01≤g≤10，且滿(mǎn)足d+e+f+g＝100；
所述的Z為選自Co、Fe、Hf、Mg、Mo、Nb、Sc、Ta、Ti、W、Zn和Zr中的任一元素；所述Ce、Al、Cu和Z所代表的元素純度均不應(yīng)低于99.5wt％。
本發(fā)明還提供一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CehAliCujNik其中，55≤h≤75，5≤i≤15，15≤j≤25，0.01≤k＜5，且滿(mǎn)足h+i+j+k＝100；所述Ce、Al、Cu和Ni的元素純度均不應(yīng)低于99.5wt％。
上述鈰基非晶態(tài)金屬塑料是通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方法制備的，具體包括如下步驟1)母合金的制備在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中，按通式CeaAlbMc和CedAleCufZg所需要的原子配比將上述組份中的Ce、Al、M，或Ce、Al、Cu和Z，或Ce、Al、Cu和Ni混合熔煉均勻，冷卻后得到母合金鑄錠；2)吸鑄將步驟1)制得的母合金鑄錠重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體吸鑄進(jìn)不同型腔的銅模中形成棒狀或板片狀樣品。
在不偏離本發(fā)明新概念的真正精神和范圍，可以進(jìn)行多種修正和改變。正如本發(fā)明提供的制備鈰基非晶態(tài)金屬塑料是采用吸鑄的方式制備成非晶錠，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道，任何合適的在保護(hù)氣氛條件下的非晶生產(chǎn)或鑄造技術(shù)，例如，噴鑄法、單輥或雙輥旋轉(zhuǎn)熔體發(fā)、平面流鑄造法、霧化制粉法等，都可以用來(lái)制備本發(fā)明中的鈰基非晶態(tài)金屬塑料。
本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料的非晶特性和所含非晶相的體積分?jǐn)?shù)可以用多種已知的技術(shù)進(jìn)行確認(rèn)與估計(jì)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用MAC M03 XHF衍射儀和Cu靶Kα輻射進(jìn)行鑄態(tài)的和在沸水中處理過(guò)的樣品進(jìn)行非晶結(jié)構(gòu)的測(cè)量，還采用TECHAI-F20型高分辨電子顯微鏡于200kV的加速電壓下進(jìn)行這些樣品的微結(jié)構(gòu)觀(guān)察。采用機(jī)械減薄和化學(xué)拋光方法制備電子顯微鏡觀(guān)察用的樣品薄膜。類(lèi)似地，可以用任何合適的方法對(duì)這些合金的熱性能進(jìn)行測(cè)量。例如，本發(fā)明的實(shí)施例中，用Perkin-Elmer DSC-7型差示量熱掃描儀在純氬氣保護(hù)的氣氛下進(jìn)行樣品的熱分析測(cè)量，儀器的溫度與能量校正樣品是高純In和Zn，等溫和連續(xù)加熱的加熱速度為10K/min。
非晶樣品的力學(xué)性能、密度等數(shù)據(jù)可以用多種通用的儀器進(jìn)行測(cè)量。在本發(fā)明的實(shí)施例中，室溫和90℃時(shí)樣品的力學(xué)特性(屈服強(qiáng)度和彈性應(yīng)變)在MTS 880型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，進(jìn)行壓縮測(cè)試時(shí)的應(yīng)變速度為1×10-3/s。在MATEC 6600超聲裝置上用脈沖回波重合方法進(jìn)行樣品的超聲速度測(cè)量，使用10MHz的載波頻率測(cè)量超聲在樣品的兩個(gè)末端傳播一個(gè)來(lái)回的時(shí)間，時(shí)間測(cè)量的靈敏度為0.5ns。楊氏模量E、體彈模量B、泊松比v和剪切模量是用樣品中聲速和密度數(shù)據(jù)計(jì)算出的。維氏硬度的測(cè)量是用Polyvar Met微硬度測(cè)量?jī)x于1.96N的載荷下進(jìn)行。樣品在300K時(shí)的電阻測(cè)量是在PPMS 6000儀器(Quantum Design儀器公司)上進(jìn)行。
本發(fā)明定義提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料包含至少50％體積百分比非晶相。在多數(shù)情況下，按本發(fā)明所獲得的材料是由單一的非晶相組成，其具有不小于20K的過(guò)冷液相區(qū)寬度和不高于430K的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，這里的過(guò)冷液相區(qū)寬度ΔTx定義為非晶合金晶化開(kāi)始的溫度Tx和玻璃轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度Tg之差，這些數(shù)值是用標(biāo)準(zhǔn)的差示掃描量熱儀以10K/min的加熱速度獲得。
該非晶合金具有寬的過(guò)冷液相區(qū)因而具有高的熱穩(wěn)定性，可以在非常低的溫度(近水的沸點(diǎn)溫度)象熱塑性塑料那樣進(jìn)行變形、成形與印記加工成所需要的非晶態(tài)合金制品。例如，本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料可在其過(guò)冷液相區(qū)溫度、于50～300MPa的成形壓力下，按模型的形狀進(jìn)行熱塑性成形。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料是以Ce為主要成分，且包含數(shù)個(gè)添加元素如Al、Co、Cu、Fe和Nb，其具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料具有強(qiáng)玻璃形成能力，能夠非常容易制備出一定尺度范圍的塊體非晶；2、本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料具有非常低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg，能夠象熱塑性塑料那樣進(jìn)行可塑性變形加工成使用所需要的形狀；3、本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料具有較寬的過(guò)冷液相區(qū)，可以使其在晶化發(fā)生前獲得更長(zhǎng)的加工處理時(shí)間而適合于工業(yè)生產(chǎn)；4、其在室溫以上不太高的溫度(近水的沸點(diǎn))具有高的熱穩(wěn)定性，因而具有象熱塑性塑料那樣有可重復(fù)成型和精密壓制成型的特性；
5、這些Ce基非晶合金的添加元素都是比較常規(guī)的工業(yè)用元素，如Al、 Co、Cu、Fe、Zn和Nb等，因而也明顯降低材料的成本。


圖1為本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料的外觀(guān)照片，其中A為實(shí)施例1制備的尺寸為1.5×12×70mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)板條，B為實(shí)施例3制備的直徑為8mm的Ce68Al10Cu20Nb2非晶態(tài)合金棒；圖2為本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料的X射線(xiàn)衍射圖，其中，A代表實(shí)施例1制備的直徑為2mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒，B代表實(shí)施例3制備的直徑為8mm的Ce68Al10Cu20Nb2非晶態(tài)合金棒；圖3為實(shí)施例1制備的直徑為1mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒的高分辨電子顯微鏡圖相及相應(yīng)的選區(qū)衍射圖；圖4為實(shí)施例1制備的Ce70Al10Cu20(A)和實(shí)施例3制備的Ce68Al10Cu20Nb2(B)非晶合金樣品的DSC跡線(xiàn)，加熱速度為10K/min插圖是實(shí)施例1制備的Ce70Al10Cu20非晶合金樣品在120℃等溫時(shí)的等溫DSC跡線(xiàn)，其中，(a)為對(duì)從液態(tài)冷卻形成的非晶繼續(xù)冷卻到室溫的樣品立即進(jìn)行測(cè)量；(b)為將樣品在室溫(20～38℃)放置3個(gè)月后進(jìn)行測(cè)量；圖5為實(shí)施例1制備的Ce70Al10Cu20非晶合金樣品晶化的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變圖(TTT)；其中“○”代表晶化達(dá)到1％，“●”代表晶化達(dá)到99％；圖6為實(shí)施例1制備的直徑為2mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒的在室溫及在90℃時(shí)采用壓縮試驗(yàn)測(cè)得的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；插圖中左邊顯示的是未壓縮時(shí)的原始樣品(尺寸為高3mm和直徑為2mm的圓柱)，右邊顯示的是在90℃壓縮后的樣品形狀(尺寸變?yōu)楹?.5mm和直徑約為5mm的片)；圖7為實(shí)施例1制備的直徑為1mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒及其在近沸騰的熱水中彎制成的“BMG”字母的照片；圖8為實(shí)施例1制得的Ce70Al10Cu20非晶片表面印制出的硬幣圖案照片；圖9為實(shí)施例2制備的直徑為10mm的Ce69.5Al10Cu20Co0.5非晶態(tài)合金棒的X射線(xiàn)衍射圖；圖10為實(shí)施例2制備的直徑為10mm的Ce69.5Al10Cu20Co0.5非晶態(tài)合金棒的DSC跡線(xiàn)，加熱速度為10K/min。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、Ce70Al10Cu20非晶態(tài)金屬塑料使用純度為99.5wt％以上的Ce、Al及Cu三種組分，按化學(xué)式Ce70Al10Cu20的摩爾比70∶10∶20配好后，在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中熔煉，混合均勻，冷卻后得到Ce-Al-Cu三元合金的母合金鑄錠；然后利用電弧爐中的吸鑄裝置，將重熔后的母合金熔體分別吸鑄進(jìn)不同型腔(圓柱形、板條狀)的銅模中，分別形成尺寸為1.5×12×70mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金板條(其外觀(guān)形態(tài)照片如圖1中的A所示)、直徑分別為2和1mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒(其外觀(guān)形態(tài)分別如圖6及7中所示)。
直徑為2mm的Ce70Al10Cu20合金棒在鑄態(tài)時(shí)是完全非晶的。由圖1可以看出，該合金可以被制備成表面具有金屬光澤的非晶板狀。正如合成的其它玻璃態(tài)樣品所顯示的那樣，對(duì)于不涉及結(jié)晶的固化過(guò)程，室溫的鑄態(tài)樣品幾乎看不出明顯的體積收縮，因此顯示出好的鑄造質(zhì)量。以前對(duì)其它稀土基的塊體非晶形成研究工作表明，在稀土基合金中很難制備出具有完全非晶結(jié)構(gòu)的塊體非晶樣品的，在非晶基體上總存在明顯比例的納米晶相，稀土釹基合金就是最明顯的例子。由于這個(gè)原因，在目前的發(fā)明中，我們特別仔細(xì)地對(duì)所獲鑄態(tài)樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。
直徑為2mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒的X射線(xiàn)衍射圖如圖2中的A曲線(xiàn)所示，X射線(xiàn)結(jié)構(gòu)衍射圖上僅出現(xiàn)兩個(gè)表征非晶相的彌散峰，而沒(méi)有對(duì)應(yīng)于晶體相的Bragg衍射峰，這表明該合金是完全的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
使用高分辨電子顯微圖像觀(guān)察微觀(guān)區(qū)域比X射線(xiàn)衍射更為敏感，分散在非晶基體上的極微量的晶體相都可以被清楚地揭示。圖3為實(shí)施例1制備的直徑為1mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒的高分辨電子顯微鏡圖相及相應(yīng)的選區(qū)衍射圖。由圖可見(jiàn)，該樣品結(jié)構(gòu)無(wú)序，僅顯示出單一玻璃相的特征，即具有單相的非晶態(tài)。
Ce70Al10Cu20的DSC跡線(xiàn)如圖4中A曲線(xiàn)所示，加熱速度為10K/min，其顯示出明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和晶化現(xiàn)象，相應(yīng)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和晶化開(kāi)始溫度Tx分別為341K和410K，過(guò)冷液相區(qū)的寬度ΔTx(＝Tx-Tg)為69K。而341K的玻璃轉(zhuǎn)變溫度比目前已知的任何其它塊體非晶合金的Tg都要低得多，已經(jīng)接近于一些普通的非晶態(tài)聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
圖4中的插圖是Ce70Al10Cu20非晶合金樣品在120℃等溫時(shí)的等溫DSC跡線(xiàn)，其中，(a)為對(duì)從液態(tài)冷卻形成的非晶繼續(xù)冷卻到室溫的樣品立即進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果；(b)為將樣品在室溫(20～38℃)放置3個(gè)月后進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。由此圖可以看出，該非晶態(tài)合金在20～38℃的室溫中存放3個(gè)月后仍是非晶態(tài)。
我們還在一定的溫度范圍內(nèi)研究了這種穩(wěn)定性，方法是依等溫DSC跡線(xiàn)來(lái)計(jì)算在每個(gè)溫度等溫時(shí)晶化達(dá)到1％和99％時(shí)所需的時(shí)間，確定Ce70Al10Cu20非晶合金樣品晶化的TTT，如圖5所示。據(jù)此，可以對(duì)該非晶合金在室溫的穩(wěn)定時(shí)間采用Arrhenius公式外推進(jìn)行估計(jì)，外推到室溫(～20℃)的虛線(xiàn)表明晶化開(kāi)始的時(shí)間是～1010s，即該非晶態(tài)合金在室溫可以放置200年而不發(fā)生晶化，因此其穩(wěn)定性是非常高的。
圖6為直徑為2mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒的在室溫及在90℃時(shí)采用壓縮試驗(yàn)測(cè)得的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；可以看出Ce70Al10Cu20非晶從室溫到近Tg的溫度表現(xiàn)出脆性，在到～1.5％的彈性應(yīng)變后發(fā)生了破壞性斷裂，但將溫度升到90℃(在過(guò)冷液相區(qū))時(shí)，其從脆性轉(zhuǎn)變?yōu)槌苄蕴匦浴?br> 圖6的插圖中左邊顯示的是未壓縮時(shí)的原始樣品(尺寸為高3mm和直徑2mm的圓柱)，右邊顯示的是在90℃壓縮后的樣品形狀(尺寸變?yōu)楹?.5mm和直徑約為5mm的片)，該樣品被壓縮到它原始高度的16％而沒(méi)有發(fā)生破裂。這就象普通的聚合物類(lèi)熱塑性塑料那樣，該非晶態(tài)合金在這個(gè)溫區(qū)可以反復(fù)地進(jìn)行壓縮、拉伸、彎曲及成型為復(fù)雜的形狀。
將直徑為1mm的Ce70Al10Cu20非晶態(tài)合金棒放置在燒杯里近沸點(diǎn)的水中，很容易地用鑷子將其彎制成字母“BMG”，如圖7中所示，說(shuō)明該材料熱塑性成形的容易性。將其放置在近沸點(diǎn)的水中10分鐘后取出，用X射線(xiàn)結(jié)構(gòu)衍射分析證明其還是非晶態(tài)，與圖5中的TTT圖上給出的狀態(tài)也是一致的。
雖然這種Ce70Al10Cu20非晶態(tài)金屬塑料表現(xiàn)出與尼龍或聚氯乙烯那樣的熱塑性特性，但其力學(xué)和物理性能與之有明顯不同。用常規(guī)的力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、商業(yè)化的壓痕和超聲測(cè)試儀來(lái)測(cè)量計(jì)算得到該非晶態(tài)金屬塑料的密度為6738kgm-3，維氏硬度為1.50GPa，斷裂韌性為10.0MPa m1/2，楊氏模量E為29.91GPa，體彈模量K為29.18GPa，切變模量G為11.25，泊松比為0.32，抗拉強(qiáng)度為490MPa。
此外，該非晶態(tài)金屬塑料的電阻率是119μΩ·cm，因此其為導(dǎo)體，而非晶態(tài)聚合物一般都是絕緣體。
在近沸騰水中，將5便士的硬幣放置在實(shí)施例1制得的非晶片表面上，施加手指壓力不到1秒鐘即可在非晶片表面印上硬幣的圖案，如圖8所示，表明該非晶合金具有優(yōu)異的可印記性及粘性可變形特性。將這種材料的印記能力與導(dǎo)電性相結(jié)合可能也是非常有用的。
實(shí)施例2、Ce69.5Al10Cu20Co0.5非晶態(tài)金屬塑料按照實(shí)施例1的方法制備非晶態(tài)合金Ce69.5Al10Cu20Co0.5，DSC跡線(xiàn)見(jiàn)圖10和表1中的數(shù)據(jù)。該合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變化不大(Tg＝～341K)，主要是第一個(gè)晶化峰的晶化開(kāi)始溫度明顯提高到Tx＝419K，因而過(guò)冷區(qū)間更寬了(ΔT＝～78K)，最直接表現(xiàn)是玻璃形成能力比實(shí)施例1的Ce70Al10Cu20非晶合金的提高了，可以獲得直徑為10mm的非晶棒，相應(yīng)的X射線(xiàn)結(jié)構(gòu)衍射結(jié)果見(jiàn)圖9。這個(gè)合金的最大特點(diǎn)是在Ce70Al10Cu20合金的基礎(chǔ)上加入非常少量的Co就實(shí)現(xiàn)了玻璃形成能力的非常大的變化。超聲測(cè)量證明該非晶合金是一種“軟”的非晶態(tài)金屬塑料，其楊氏模量E、剪切模量G和體模量K分別為31.1GPa、11.6GPa和31.3GPa。
實(shí)施例3、Ce68Al10Cu20Nb2非晶態(tài)金屬塑料按照實(shí)施例1的方法制備非晶態(tài)合金Ce68Al10Cu20Nb2棒，其DSC跡線(xiàn)見(jiàn)圖4中的B和表1中的數(shù)據(jù)。該合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＝345K，變化不是很明顯，比Ce70Al10Cu20和Ce69.5Al10Cu20Co0.5的要高，Tx(421K)也相應(yīng)升高，而過(guò)冷區(qū)間的寬度ΔTx明顯地增加到76K，介于兩者之間，意味著該合金的過(guò)冷液體變得更加穩(wěn)定。最直接的表現(xiàn)為玻璃形成能力比實(shí)施例1的Ce70Al10Cu20非晶合金的提高許多，可以獲得直徑至少為8mm的非晶棒，如圖1中的B所示，相應(yīng)的X射線(xiàn)結(jié)構(gòu)衍射結(jié)果見(jiàn)圖2中的B曲線(xiàn)。用超聲方法測(cè)量獲得的彈性模量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，其楊氏模量E、剪切模量G和體模量K分別為31GPa、11.7GPa和30GPa。
實(shí)施例4～8按實(shí)施例1的方法制備不同配比的三元CeaAlbMc系列Ce基非晶態(tài)金屬塑料棒樣，其中M分別為Co、Cu和Ni，其X射線(xiàn)衍射類(lèi)似于實(shí)施例1制備的樣品，差示量熱分析結(jié)果及合金的組成列于表1中。
實(shí)施例9～35按實(shí)施例1的方法制備不同配比的四元CedAleCufZg系列Ce基非晶態(tài)金屬塑料棒樣，其中Z分別為Co、Fe、Ni、Nb和Zn，其X射線(xiàn)衍射類(lèi)似于實(shí)施例3制備的樣品，實(shí)施例9～19的合金組成、差示掃描量熱分析結(jié)果及部分其它數(shù)據(jù)列于表1中，實(shí)施例20～35的合金組成及其它數(shù)據(jù)列于表2。這些第四組元的加入主要對(duì)三元Ce70Al10Cu20合金的玻璃形成能力有明顯或一定的增強(qiáng)作用，而對(duì)非晶態(tài)金屬塑料的彈性性能影響不大。
表1、鈰基非晶態(tài)金屬塑料的組成和熱物性參數(shù)

注1)dc為本實(shí)驗(yàn)條件下獲得的最小臨界直徑尺寸；2)表中各成分樣品測(cè)量時(shí)所用的加熱速率為10K/min。
本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料其大部分的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg在341～364K之間，非常接近于一些普通的非晶態(tài)聚合物的。例如，尼龍的Tg為316K，而聚氯乙烯的Tg為348～378K。通過(guò)改變添加元素種類(lèi)，還可以根據(jù)需要對(duì)該鈰基非晶態(tài)金屬塑料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度在很大的溫度范圍(＞50K)進(jìn)行調(diào)整改變以滿(mǎn)足加工和使用性能需求。因而，本發(fā)明提供的鈰基非晶態(tài)金屬塑料能夠象熱塑性塑料那樣進(jìn)行可塑性變形加工成使用所需要的形狀。
表2、鈰基非晶態(tài)金屬塑料的組成與尺寸

權(quán)利要求
1.一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CeaAlbMc其中55≤a≤75，5≤b≤25，10≤c≤25，且滿(mǎn)足a+b+c＝100；所述的M可以是Co、Cu和Ni三種元素中的任何一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的鈰基非晶態(tài)金屬塑料，其特征在于所述的Ce、Al和M中的元素純度均不低于99.5wt％。
3.一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CedAleCufZg其中，55≤d≤75，5≤e ≤15，15≤f≤25，0.01≤g≤10，且滿(mǎn)足d+e+f+g＝100；所述的Z為選自Co、Fe、Hf、Mg、Mo、Nb、Sc、Ta、Ti、W、Zn和Zr中的任一元素。
4.如權(quán)利要求3所述的鈰基非晶態(tài)金屬塑料，其特征在于所述Ce、Al、Cu和Z中的元素純度均不低于99.5wt％。
5.一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，是以鈰為主要成分，其組成可用如下公式表示CehAliCujNik其中，55≤h≤75，5≤i≤15，15≤j≤25，0.01≤k＜5，且滿(mǎn)足h+i+j+k＝100。
6.如權(quán)利要求5所述的鈰基非晶態(tài)金屬塑料，其特征在于所述Ce、Al、Cu和Ni的元素純度均不應(yīng)低于99.5wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈰基非晶態(tài)金屬塑料，其為Ce
文檔編號(hào)C22C28/00GK1854319SQ20051006611
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者張博, 趙德乾, 潘明祥, 汪衛(wèi)華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所