專利名稱：：Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金屬合金材料，具體地說，涉及的是一種Mg-Ni-Gd-Ag系鎂基塊體非晶合金及其制備方法，屬于合金材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：汽車和航天航空等工業(yè)的迅速發(fā)展對輕量化合金和清潔能源的使用提出了更高要求，輕量化要求使得輕金屬合金具有廣泛的應(yīng)用前景，以氫為代表的清潔能源的應(yīng)用則要求開發(fā)出具有高儲氫性能材料。與其它合金系非晶合金相比，鎂基塊體非晶合金質(zhì)量輕、價格便宜，是高比強度和高儲氫性能合金的優(yōu)秀候選者，應(yīng)用前景廣闊。目前，鎂基塊體非晶合金的研究主要集中在以Mg-Cu-RE(RE為稀土等)為主的含銅體系，其它系研究較少。一方面，雖然已開發(fā)出了大量Mg-Cu系塊體非晶合金成分，但這個體系非晶合金中Mg含量較低，一般低于65at.X，弱化了Mg元素低密度的優(yōu)勢。另一方面，研究表明，非晶態(tài)的Mg-Ni系合金具有優(yōu)異的儲氫性能和電化學(xué)性能。但受到Mg-Ni系非晶形成能力較低的影響，非晶態(tài)儲氫合金的制備常采用機械研磨法，但機械研磨法制備工藝時間長，影響因素復(fù)雜。如果能開發(fā)出具有高非晶形成能力的Mg-Ni基非晶合金，以此作為研究和開發(fā)高性能儲氫非晶合金的基礎(chǔ)成分，通過添加其它合金元素等方法進一步優(yōu)化合金，如能在不顯著降低合金非晶形成能力的基礎(chǔ)上，進一步提高合金的儲氫等性能，不失為研究和開發(fā)高儲氫性能合金的有效方法和思路。因此，開發(fā)出高鎂含量的Mg-Ni基非晶合金具有重要的研究意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于通過Ag元素添加，提供一種Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金及其制備方法，克服目前Mg-Ni基合金非晶形成能力低的問題，豐富非晶合金成分系，得到具有高非晶形成能力、高強度和高耐腐蝕性等性能的非晶合金和制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)本發(fā)明所涉及的Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金，以Mg為主要元素，其合金成分組成為Mg75—xNi15Gd10Agx(0《x《7)，其中x為Ag元素的原子百分比，各元素的純度不低于99.9%，當x=6時合金具有最佳的綜合性能。本發(fā)明提供的Mg基塊體非晶合金制備方法步驟如下1、Ni、Gd、Ag元素按照原子百分比Mg75—，^GcUAgJO《x《7)稱量后，在鈦吸附的氬氣氣氛電弧爐中熔煉冷卻得到三元中間合金錠。熔煉過程中對合金反復(fù)熔煉4次，并在熔煉中采用磁攪拌，以保證合金均勻性；熔煉前抽真空后充入純度99.99%的高純氬氣保護，保護氣氛壓力0.8個大氣壓。2、將步驟1)得到的三元中間合金錠破碎后與對應(yīng)質(zhì)量的Mg在感應(yīng)爐中熔煉得到最后成分所需的均勻母合金錠，所用坩堝為陶瓷坩堝。3、使用金屬型鑄造方法，將步驟2)制備的母合金錠重新熔煉，噴鑄到金屬型腔中，得到Mg基塊體非晶合金Mg75—xNi15Gd1QAgx。使用的金屬模具可為無水冷或有水冷銅模具。本發(fā)明提供的鎂基塊體非晶合金具有高非晶形成能力，鎂含量高，強度高，耐腐蝕性能好等優(yōu)點。該系列鎂基塊體非晶合金的優(yōu)異性能使其在新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。圖1是本發(fā)明中制備塊體棒狀非晶合金的銅模噴鑄方法示意圖。圖2是發(fā)明提供的非晶合金Mg^xNi15Gd1QAgx(0《x《7)的X射線衍射分析圖譜。圖3是發(fā)明提供的非晶合金Mg75—xNi^GcUAgJO《x《7)的DSC曲線圖。圖4是實施例中塊體非晶合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。圖5是實施例中塊體非晶合金在0.lmol/LNaOH溶液中的電化學(xué)極化曲線圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1:直徑3.Omm的Mg^N^Gc^Agi柱狀塊體非晶合金制備使用原材料純度為99.9X的Mg、Ni、Gd、Ag按摩爾質(zhì)量比74:15:10:1制備鎂基塊體非晶合金。首先將Ni、Gd、Ag在電弧爐中熔煉得到成分均勻的中間合金。熔煉前電弧爐腔體抽真空至1.2X10—3Pa后充入0.8個大氣壓的高純氬氣作為保護氣體。熔煉中用Ti球進一步純化保護氣體，每次熔煉前要對中間合金進行翻轉(zhuǎn)，熔煉過程中通過電弧和電磁對金屬液體進行攪拌，以確保合金錠成分均勻。把電弧熔煉得到的中間合金錠表面打磨干凈并破碎后與相應(yīng)成分配比的鎂一同放入坩堝中。在感應(yīng)熔煉爐中進行感應(yīng)熔煉，熔煉前抽真空不低于1.2X10—3Pa后充入高純氬氣保護，用感應(yīng)熔煉的方式得到母合金錠。塊體非晶合金可以通過銅模噴鑄的方法制備，制備前抽真空不低于1.2X10—3Pa并用高純氬氣保護。圖l為銅模噴鑄裝置示意圖，將母合金放入下端帶小孔的石英管中(小孔孔徑1.5mm)，在高純氬氣氛保護下，通過高頻感應(yīng)加熱熔化，隨后在氬氣壓力的作用下將熔融的金屬液噴鑄到銅模中，得到棒狀的塊體非晶合金。經(jīng)X射線衍射檢測和DSC測試，制備的3mm棒為非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，樣品X射線衍射圖譜見圖2，DSC曲線見圖3。需要指出的是，如果用冷卻能力更大的水冷銅模進行制備，可以得到更大尺寸的非晶試樣棒。圖4為該合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。本實施例獲得的塊體非晶合金性能如表1所示，包括非晶轉(zhuǎn)變溫度L、晶化溫度T,、熔點U夜相線溫度1\、過冷液相區(qū)寬度ATp制備尺寸D^。表1實施例1的塊體非晶合金性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實施例2-7:按實施例1的方法制備各種成分的鎂基塊體非晶合金，其組成及其性能參數(shù)列于表2中、其中o為壓縮斷裂強度。表2實施例2-7中各鎂基塊體非晶合金成分和性能參數(shù)成分(at.呢)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1和表2中數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明所提供的Mg基非晶合金具有較高的過冷液相區(qū)寬度，適當Ag元素的添加可以使制備尺寸得到有效提高。特別地，成分為Mg69Ni15Gd1QAg6時，具有最大的形成能力，制備尺寸為6mm。同時，Ag元素的適量添加可以提高斷裂強度，特別地，Mg7。Ni15Gd1QAg5具有最大的845Mpa壓縮斷裂強度。從圖5中的非晶合金電化學(xué)極化曲線可以看出，添加Ag元素后，非晶合金的鈍化開始電位(E。)和鈍化電流密(ip)度較低，表明耐腐蝕性能提高，其參數(shù)值如表3所示，特別地，Mg^N^GcUAge的具有最低的E。和ip。表3實施例合金在0.lmol/L的NaOH溶液中的電化學(xué)極化曲線成分(at.M)力(10—7A/cm)Mg75Ni15Gd10-23319.5Mg71Ni15Gd10Ag4-20120.4Mg70Ni15Gd10Ag5-420.17Mg6gNi15Gd10Ag6-450.63Mg68Ni15Gd10Ag7-1141.權(quán)利要求一種Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金，其特征在于，該合金成分組成為Mg75-xNi15Gd10Agx(0≤x≤7)，其中x為Ag元素的原子百分比，各元素的純度不低于99.9％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金，其特征在于，x=6。3.—種Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金制備方法，其特征在于，該制備方法步驟如下(1)Ni、Gd、Ag元素按照原子百分比Mg75—xNi15Gd1QAgx(0《x《7)稱量后，在鈦吸附的氬氣氣氛電弧爐中熔煉冷卻得到三元中間合金錠；熔煉過程中對合金反復(fù)熔煉4次，并在熔煉中采用磁攪拌；熔煉前抽真空后充入純度99.99%的高純氬氣保護，保護氣氛壓力0.8個大氣壓；(2)將步驟(1)得到的三元中間合金錠破碎后與對應(yīng)質(zhì)量的Mg在感應(yīng)爐中熔煉得到最后成分所需的均勻母合金錠，所用坩堝為陶瓷坩堝；(3)使用金屬型鑄造的方法，將步驟(2)制備的母合金錠重新熔煉，噴鑄到金屬型腔中，得到Mg基塊體非晶合金Mg^，^GcUAg,;使用的金屬模具可為無水冷或有水冷銅模具。全文摘要Mg-Ni-Gd-Ag系塊體非晶合金及其制備方法，屬于合金材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。該合金以Mg為主要元素，合金成分組成為Mg75-xNi15Gd10Agx(0≤x≤7)，其中x為Ag元素的原子百分比，各元素的純度不低于99.9％。Ni、Gd、Ag元素按照原子百分比稱量后，在氬氣氣氛電弧爐中熔煉冷卻；將得到的三元中間合金錠破碎后與對應(yīng)質(zhì)量的Mg在感應(yīng)爐中熔煉；重新熔煉，噴鑄到金屬型腔中，得到Mg基塊體非晶合金Mg75-xNi15Gd10Agx。本發(fā)明的鎂基塊體非晶合金具有高非晶形成能力，鎂含量高，強度高，耐腐蝕性能好等優(yōu)點。該系列鎂基塊體非晶合金的優(yōu)異性能使其在新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。文檔編號C22C45/00GK101713055SQ200910237078公開日2010年5月26日申請日期2009年11月3日優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日發(fā)明者彭浩,李雙壽,湯彬,黃天佑申請人:清華大學(xué)