專利名稱：：具有良好非晶形成能力的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及大塊金屬玻璃，特別是以稀土為基體的大塊金屬玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
：大塊金屬玻璃通常是指三維尺寸都大于1mm的塊體非晶合金，區(qū)別于采用快淬甩帶法制備的非晶薄帶。由于大塊金屬玻璃獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它表現(xiàn)出與晶態(tài)合金不同的性能，在學(xué)術(shù)和應(yīng)用方面具有重大的意義。在物理性質(zhì)方面，由于金屬玻璃是亞穩(wěn)液態(tài)結(jié)構(gòu)的固體金屬，在電導(dǎo)方面表現(xiàn)出金屬性，但有很高的電阻率；此外，金屬玻璃由于不存在晶態(tài)合金的晶界缺陷，因此有較高的抗腐性；最近的研究還表明，稀土基大塊金屬玻璃，如Gd6。Co26Al14，Ho3。Y26Al24Co2。，Er5。Al24Co2。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。影響合金非晶形成能力的因素一直是材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。要進(jìn)一步推動(dòng)稀土基大塊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，制備出更大尺寸的非晶合金。文獻(xiàn)檢索表明，DingChen等在《MaterialsScienceandEngineering:A》(《材料科學(xué)與工程A》，2008年457巻226230頁(yè))上發(fā)表了題為Gd-Co-AlandGd-Ni-Albulkmetallicglasseswithhighglassformingabilityandgoodmechanicalproperties(具有高玻璃形成能力和良好機(jī)械性能的Gd-Co-Al和Gd-Ni-Al大塊金屬玻璃)的文章，提出采用噴射成型的方法(injectioncasting),成分為Gd6。Co25Al15的合金能形成大塊非晶的最大圓柱體直徑為5mm。然而，申請(qǐng)者所在本實(shí)驗(yàn)室的研究表明，采用吸鑄方法(suckcasting),Gde。Cc^A^合金形成大塊金屬玻璃的最大臨界直徑只有2mm。因此，探尋具有更好非晶形成能力的Gd基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(guò)在Gd-Co-Al金屬玻璃的基礎(chǔ)上采用鋯替代鋁的方法，提供一種具有更好非晶形成能力和熱穩(wěn)定性的Gd-Co-Al-Zr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(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體為通過(guò)電弧熔煉的方法直至合金熔化均勻，獲得Gd-Co-Al-Zr的母合金鑄錠，然后采用銅模吸鑄法獲得最大直徑為8毫米的大塊金屬玻璃。本發(fā)明的具有良好非晶形成能力的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其包含組分及其原子百分?jǐn)?shù)為52.553.8%Gd、16.520.5%Co、25.030.0%Al、1.03.0%Zr。本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其包含組分及其原子百分?jǐn)?shù)最好為52.5%Gd，18.5%Co，28%Al，l%Zr。本發(fā)明所述的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其最大直徑為8毫米，最大過(guò)冷液相區(qū)寬度為81K。本發(fā)明所述Gd-Co-Al大塊金屬玻璃的制備方法，其包含以下步驟(1)按0(152.553.80)16.52。.5八125.。3。.。21"1.。3.。化學(xué)式稱料；其中Gd、Co、Al、Zf原材料的純度在".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12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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-Zr大塊金屬玻璃，即Gd52.553.8Co16.520.5A125.030.0Zrl.03.0合金，該合金可以形成臨界直徑為8mm的單一的非晶結(jié)構(gòu)，并且具有較高的熱穩(wěn)定性，過(guò)冷液相區(qū)寬度高達(dá)81K。本發(fā)明提供的Gd-Co-Al-Zr大塊非晶合金的制備方法，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、5、6制備的Gd^Co^AsZi^Gd52.5Co18.5Al27Zr2、Gd52.5Co18.5Al26Zr3、Gd52.5Co20.5Al25Zr2、Gds^Co^Al^gZri大塊金屬玻璃的X射線衍射譜；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1、2、3、4、5、6制備的Gd^Co^A^Zi^Gd52.5Co18.5Al27Zr2、Gd52.5Co18.5Al26Zr3、Gd52.5Co20.5Al25Zr2、Gd53.8Cch7.3Al27.9Zri大塊金屬玻璃的示差熱分析曲線；具體實(shí)施例方式實(shí)施例lGd^Co^AUZA大塊金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性將純度大于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的釓、鈷、鋁、鋯原料按Gd^Co^Al3。Zri化學(xué)式稱料，將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12次后，1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說(shuō)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614開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為664開爾文，合金的過(guò)冷液相區(qū)寬度(AT=Tx-Tg)為50開爾文。實(shí)施例2Gd^Co^sA^Zri大塊金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性將純度大于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的釓、鈷、鋁、鋯原料按Gd^Co^A^Zri化學(xué)式稱料，將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12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說(shuō)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604開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為685開爾文，合金的過(guò)冷液相區(qū)寬度(AT=Tx-Tg)為81開爾文。實(shí)施例3Gd52.5Co18.5Al27Zr2大塊金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性將純度大于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的釓、鈷、鋁、鋯原料按0(152.50)18.5八12721"2化學(xué)式稱料，將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12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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吸鑄銅坩堝內(nèi)，將合金熔化后吸鑄成直徑為6毫米的柱狀樣品。X射線衍射分析表明合金衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說(shuō)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604開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為684開爾文，合金的過(guò)冷液相區(qū)寬度(AT=Tx-Tg)為80開爾文。實(shí)施例4Gd52.5Co18.5Al26Zr3大塊金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性將純度大于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的釓、鈷、鋁、鋯原料按Gd^Co^AUZr3化學(xué)式稱料，將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12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說(shuō)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602開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為667開爾文，合金的過(guò)冷液相區(qū)寬度(AT=Tx-Tg)為65開爾文。實(shí)施例5Gd52.5Co2。.5Al25Zr2大塊金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性將純度大于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的釓、鈷、鋁、鋯原料按0(152.50)2。.5八12521"2化學(xué)式稱料，將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12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說(shuō)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601開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為668開爾文，合金的過(guò)冷液相區(qū)寬度(AT=Tx-Tg)為67開爾文。實(shí)施例6Gd^Co^Al^ZA大塊金屬玻璃的制備與熱穩(wěn)定性將純度大于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的釓、鈷、鋁、鋯原料按Gd53.8Cch7.3Al27.9ZA化學(xué)式稱料，將配制好的原料放入非自耗真空電弧爐中，抽真至3X10-5乇以上；用高純氬氣清洗方法清洗12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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衍射譜中未發(fā)現(xiàn)任何晶體衍射峰，說(shuō)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604開爾文，合金的初始晶化溫度(Tx)為674開爾文，合金的過(guò)冷液相區(qū)寬度(AT=Tx-Tg)為70開爾文。本發(fā)明制備了一系列Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其相關(guān)熱物性參數(shù)列于表1。表1Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃的熱物性參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求具有良好非晶形成能力的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其特征在于包含組分及其原子百分?jǐn)?shù)為52.5～53.8％Gd、16.5～20.5％Co、25.0～30.0％Al、1.0～3.0％Zr。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其特征在于包含組分及其原子百分?jǐn)?shù)為52.5%Gd，18.5%Co，28%Al，l%Zr。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，其特征在于所述大塊金屬玻璃最大直徑為8毫米，最大過(guò)冷液相區(qū)寬度為81K。4.如權(quán)利要求1所述Gd-Co-Al大塊金屬玻璃的制備方法，其特征是包含以下步驟(1)按Gd52.553.8Co16.520.5A125.030.0Zrl.03.0化學(xué)式稱料;其中Gd、Co、Al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12次后，在1大氣壓的高純氬氣保護(hù)下反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉46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)明提供一種具有良好非晶形成能力和熱穩(wěn)定性的稀土釓基Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃及其制備方法，屬于金屬材料科學(xué)與
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明釓基大塊金屬玻璃包含組分及其原子百分比為52.5～53.8％釓、16.5～20.5％鈷、25.0～30.0％鋁、1.0～3.0％鋯。本發(fā)明還提供了Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃的制備方法，具體為將金屬釓、鈷、鋁、鋯按規(guī)定原子百分比配料，通過(guò)電弧熔煉的方法直至合金熔化均勻，獲得Gd-Co-Al-Zr的母合金鑄錠，然后采用銅模吸鑄法獲得最大直徑為8毫米的大塊金屬玻璃。本發(fā)明提供的Gd-Co-Al-Zr大塊金屬玻璃，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)C22C45/00GK101691645SQ20091030412公開日2010年4月7日申請(qǐng)日期2009年7月8日優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日發(fā)明者付浩,余華軍,祖小濤,郭茂雙申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)