[發明專利]Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃及其制備方法

無效

• 申請號: 201110295609.2
• 申請日: 2011-10-08
• 公開（公告）號: CN102304678A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 付浩;鄭強;祖小濤;王明軒
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C22C1/02
• 代理公司: 四川君士達律師事務所 51216
• 代理人: 芶忠義

技術領域

本發明涉及塊體金屬玻璃領域，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

通常情況下，固態金屬及其合金都以結晶狀態存在。1960年Duwez發現，在快速冷卻的條件下，AuSi系液態合金在凝固過程中形成非晶態，引起材料科學界的高度重視。在20世紀80年代末制備出三維尺寸都大于1mm的塊體金屬玻璃是非晶合金發展中的一個重要里程碑。與傳統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計，而不是依靠快速冷卻的工藝獲得的。目前，在常規的鑄造技術所能夠達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。近幾年的研究結果表明，稀土基塊體金屬玻璃，例如Gd₆₀Co₂₆Al₁₄，Ho₃₀Y₂₆Al₂₄Co₂₀，Er₅₀Al₂₄Co₂₀Y₆等，具有大的磁熵變和相對制冷量，非常適合作為磁致冷工質使用。然而，有限的非晶形成能力和較低的熱穩定性成為稀土基塊體金屬玻璃在工程應用上巨大阻礙。因此，要進一步推動稀土基塊體金屬玻璃在磁制冷領域的應用，還必須繼續提高合金的非晶形成能力及其熱穩定性，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與凝聚態物理中若干重大科學問題也提供了新的機遇。

已有的研究結果表明，采用水冷銅模吸鑄的方法，可以將成分為Gd_52.5Co_18.5Al₂₉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。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，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使用。

本發明是通過以下技術方案來實現的，具體為：

本發明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃其組成及原子百分數為：Gd_aCo_bAl_cY_d，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。

本發明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其組分及其原子百分數最好為：Gd_51.7Co_18.2Al_26.6Y_3.5。

本發明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃，其組分及其原子百分數還可以為：Gd_53.2Co_17.1Al_28.7Y_1.0。

本發明所述的Gd-Co-Al-Y大塊金屬玻璃，其最大直徑為8毫米，最大過冷液相區寬度為77K。

本發明所述的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃的制備方法，其包含以下步驟：

（1）按Gd_51.0~53.2Co_17.0~18.5Al_25.0~29.0Y_1.0~4.0化學式稱料；其中釓、鈷、鋁、鐿原材料的純度在99.5%（質量百分比）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3×10^-5乇以上；用高純氬氣清洗方法清洗1~2次后，在1大氣壓的高純氬氣保護下反復翻轉熔煉4~6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，將合金熔化后吸鑄成圓柱狀樣品。

本發明的優點在于：本發明所提供的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構，其最大臨界直徑可以達到8mm，其遠大于Gd-Co-Al金屬玻璃形成的非晶結構的直徑。并且發明所提供的Gd-Co-Al-Y塊體金屬玻璃具有較高的熱穩定性，過冷液相區寬度最大可以達到77K，其相比Gd-Co-Al金屬玻璃具有更高的熱穩定性。