隨著大塊非晶研究的深入 ,大塊非晶的制備工藝在不斷發(fā)展 ,臨界尺寸也在不斷增大 。石墨坩堝針對(duì)電弧熔煉銅模吸注成型工藝所存在的銅模被預(yù)先加熱 、 熔融態(tài)母合金成分及溫度不均勻、坯錠不同部位冷卻速度不一致等現(xiàn)象，利用石墨導(dǎo)電性好、蓄熱量大、熔點(diǎn)高的特性 , 探索了在石墨坩堝中進(jìn)行電弧熔煉 ,合金液直接澆注進(jìn)入水冷銅模并 吸注成型的制備 工藝， 制備出高品質(zhì)的Zr 41 . 2 Ti 13. 8 Cu 12. 5 Ni 10 Be 22. 5 大塊非晶合金。

     試驗(yàn)方法

 

    將純度大于99. 5% （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 的 Zr,Ti ,Ni ,Cu ,Be 按照Z(yǔ)r 41. 2 Ti 1 3. 8 Cu 1 2. 5 Ni 10 Be 22. 5 （ 下角標(biāo)為摩爾分?jǐn)?shù)） 進(jìn)行配比，在磁控鎢極電弧爐中配制母合金，其熔煉電流為 700 A,利用電磁攪拌，高純Ar 氣保護(hù)，反復(fù)熔煉四五次，確保成分均勻。然后，將所配制的母合金錠分別置于銅坩堝、 石墨坩堝中重熔，吸注得到圓柱狀錠材。

 

    從合金圓棒樣品的上、中、下 3個(gè)截面切取薄片 ,在D/max rB 型 X射線衍射儀上（ CuKα 靶衍射） 對(duì)樣品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。樣品熱分析在 Perkin-Elmer IDSC-7 型差示掃描量熱儀上進(jìn)行 ,加熱速度為 20 K/min。用 Archimedian法進(jìn)行密度測(cè)量 。
 

 
   試驗(yàn)結(jié)果與分析

 

    兩種制備工藝的做法 ,一種為電弧熔煉銅模吸注成型法， 即在高純氬氣保護(hù)條件下， 將配制好的母合金錠置于與成型模具一體的銅坩堝中 ,經(jīng)電弧熔煉充分重熔后 ,利用活塞的抽吸作用將熔融態(tài)母合金液充入銅模中，并冷卻凝固成型。改進(jìn)后的制備工藝 ,與原工藝所不同之處為改用石墨坩堝來重熔母合金， 在使其與電弧爐銅質(zhì)底板良好接觸的條件下 ,可維持穩(wěn)定的回路而實(shí)現(xiàn)電弧熔煉，將原有的活塞抽吸代之以壓力吸注。此時(shí) ,與原成形模具一體的銅坩堝僅起澆口杯的作用。

 

    從傳熱的角度分析，采用水冷銅坩堝熔煉方法對(duì)非晶的形成至少存在兩方面不利因素。第一，母合金液內(nèi)部的溫度分布不均勻。其上表面受到電弧的直接作用溫度很高，和銅坩堝接觸的下底面則在循環(huán)水的冷卻作用下溫度較低，所熔化母合金的量越大，溫度分布不均勻性就越嚴(yán)重，“預(yù)存晶核”成為結(jié)晶核心的可能性越大，獲得完全非晶的難度就越大。第二，銅模具被預(yù)先加熱， 在合金液被吸注進(jìn)入型腔之后，其上部會(huì)受到銅坩堝部位在熔煉母合金過程中所殘留蓄熱的作用， 使模具上部熔液冷卻速度降低，試棒存在自上而下的溫度梯度，當(dāng)銅模側(cè)壁靠本身蓄熱量和循環(huán)水冷卻作用的共同效果不足以抵消上部所傳熱量時(shí)，一但合金液的冷卻速度高于非晶的臨界冷卻速度，必然造成試棒上部一定程度的晶化現(xiàn)象。

    在改進(jìn)方案中， 由于石墨良好的蓄熱性能 , 使得合金液能夠在成分和溫度方面充分均勻化 ,避免或減少了結(jié)晶生核的機(jī)會(huì) ; 該結(jié)構(gòu)將熔化坩堝熱源和成型模具有效分離 ,消除了吸注成型冷卻過程中的晶化現(xiàn)象 , 對(duì)于改善非晶形成條件十分有利。

 

 

    利用水冷銅坩堝熔煉方法制備樣品的 X 射線衍射譜（ XRD） , 樣品中部和下部的XRD 曲線表現(xiàn)為非晶材料特有的漫散射峰， 沒有出現(xiàn)晶化峰 ,可以認(rèn)為是完全非晶組織； 而樣品上部的 XRD曲線的漫散射峰上有個(gè)別不明顯的尖峰出現(xiàn) ,說明在樣品的上部開始有少量細(xì)小的結(jié)晶相， 但從 XRD 曲線初步分析仍可以認(rèn)定樣品是非晶態(tài)的。該樣品是利用水冷銅坩堝吸注成型工藝制備的最大尺寸的非晶合金（ 近似地認(rèn)為是臨界尺寸） 。

    利用石墨坩堝法制備樣品的 XRD 曲線，上 、 中、下 3個(gè)部位的XRD 曲線均表現(xiàn)了完整的漫散射峰 ,沒有晶化峰出現(xiàn) ,且漫散射峰形狀十分相似 ,說明樣品是均勻的完全非晶組織 。可見熔煉工藝的改進(jìn)確實(shí)改善了非晶的形成條件，對(duì)非晶的形成起到了積極的促進(jìn)作用。

 

    對(duì)利用石墨坩堝熔煉法制備的非晶合金進(jìn)行 DSC分析， 測(cè)得其玻璃轉(zhuǎn)變溫度 t g 為351 ℃，晶化溫度 t x 為 421. 2 ℃， 過冷液相區(qū) Δt x 高達(dá)70 . 2 ℃，與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致。表明熔體在凝固前具有較強(qiáng)的非晶形成能力 。

 

    結(jié)論

 

    通過對(duì)電弧熔煉銅模直接吸注成型的非晶合金制備工藝過程的改進(jìn) ,嘗試?yán)檬釄逶陔娀t中熔煉母合金再行吸注成型的工藝 ,改善了冷卻條件， 有利于合金非晶態(tài)的形成 ,并成功獲得了直徑達(dá) 20mm ,長(zhǎng)度為90mm 的 Zr 41. 2 Ti 13. 8 Cu 12. 5 Ni 10 Be 22 . 5 大塊非晶合金 ,樣品表面潔凈， 具典型金屬玻璃光澤 ,無明顯增碳現(xiàn)象。

責(zé)任編輯：曾祥偉

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-82387968
郵箱：ecorr_org@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414

 

    注：本稿為中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)版權(quán)所有，未經(jīng)允許， 嚴(yán)禁用于商業(yè)用途。轉(zhuǎn)載時(shí)請(qǐng)務(wù)必以超鏈接形式標(biāo)明文章原始出處和作者信息及本版權(quán)聲明。