本發明涉及合金材料制備領域，具體涉及一種銅基大塊非晶合金的制備方法。
背景技術：
從90年代以來，大塊非晶合金的研發引起了國內外材料領域的廣泛興趣和重視，成為新材料領域的熱門的前沿課題，國內外材料科學家開展了廣泛的研究工作，取得了很多重要的研究成果。因為大塊非晶合金具有優異的力學、物理、化學性能，例如某些大塊非晶合金材料具有極高的強度、硬度和耐腐蝕性能，其強度可達2000MPa以上，可作為高強度結構材料。因此，大塊非晶合金材料在航空、航天、汽車、精密制造、儀器儀表、電子通訊與計算機、生物醫學等領域有著廣泛的應用前景。
Cu基大塊非晶合金是近年來開發出的新的非晶體系，這種非晶合金有較大的玻璃形成能力和相對低的成本，它的拉伸斷裂強度比晶體的高得多，可達2000MPa～2400MPa，同時具有一定的塑性，與Zr基、Pd基大塊非晶合金相比，其強度也處于領先地位，可以作為超高強度結構材料。因此，研究開發制備工藝流程簡單，且具有高強度高玻璃形成能力的Cu基大塊非晶合金在工程上具有重要的意義。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種銅基大塊非晶合金的制備方法，解決銅基大塊非晶合金制備工藝流程復雜、強度和玻璃形成能力不夠高的問題。
本發明通過下述技術方案實現：
一種銅基大塊非晶合金的制備方法，包括如下步驟：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3；
(2)于氬氣氣氛保護下，在電弧爐中將步驟(1)配制得到的原料混合均勻，在180A/cm2～210A/cm2的電流密度下熔煉60s，完成第一次熔煉；
(3)在與第一次熔煉相同的條件下再進行4次熔煉，制得母合金鑄錠；
(4)將母合金鑄錠重新熔化，采用銅模鑄造法制得銅基大塊非晶合金。
5種元素的原子半徑分別為：銅0.128nm，鋯0.160nm，鈦0.147nm，鎳0.124nm，釔0.227nm，除Cu-Ni和Ti-Ni原子對外，其它原子對的尺寸差比率都高于12％，基本滿足Inoue的三條經驗準則。其中釔的原子半徑與其他元素的原子半徑差距較大，有助于制備得到高玻璃形成能力的合金。
其中，步驟(1)中各元素原料的純度不低于99.5％。
其中，步驟(2)中所述電流密度為200A/cm2。
其中，步驟(4)中銅模的冷卻速度為100K/s。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
本發明一種銅基大塊非晶合金的制備方法，通過簡化制備工藝流程并優化合金配比，制備得到了高強度高玻璃形成能力的銅基大塊非晶合金。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：
圖1為本發明Cu54Zr22Ti15Ni6Y3玻璃合金棒的斷裂面形貌掃描電鏡圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。
實施例1
本發明一種銅基大塊非晶合金的制備方法，包括如下步驟：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3，其中，各元素原料的純度不低于99.5％；
(2)于氬氣氣氛保護下，在電弧爐中將步驟(1)配制得到的原料混合均勻，在180A/cm2的電流密度下熔煉60s，完成第一次熔煉；
(3)在與第一次熔煉相同的條件下再進行4次熔煉，制得母合金鑄錠；
(4)將母合金鑄錠重新熔化，采用銅模鑄造法，控制冷卻速度為100K/s，制得銅基大塊非晶合金。
采用差式掃描分析儀檢測非晶合金棒的玻璃化轉變溫度Tg和結晶開始溫度Tx。測得Tg＝714.62K，Tx＝751.07K，計算得△Tx＝Tx-Tg＝36.45K，表現出比較高的非晶形成能力，較高的玻璃形成能力。
采用萬能材料試驗機進行大塊非晶合金的壓縮實驗，測量機械性能，試樣尺寸為直徑2mm，長度4mm，應變速率5.0×10-4/s。測得Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的強度為1985MPa。
采用維氏顯微硬度計測量大塊非晶合金的硬度，加載載荷為200g，Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的維氏硬度為646。
實施例2
本發明一種銅基大塊非晶合金的制備方法，包括如下步驟：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3，其中，各元素原料的純度不低于99.5％；
(2)于氬氣氣氛保護下，在電弧爐中將步驟(1)配制得到的原料混合均勻，在210A/cm2的電流密度下熔煉60s，完成第一次熔煉；
(3)在與第一次熔煉相同的條件下再進行4次熔煉，制得母合金鑄錠；
(4)將母合金鑄錠重新熔化，采用銅模鑄造法，控制冷卻速度為100K/s，制得銅基大塊非晶合金。
采用差式掃描分析儀檢測非晶合金棒的玻璃化轉變溫度Tg和結晶開始溫度Tx。測得Tg＝682.65K，Tx＝721.51K，計算得△Tx＝Tx-Tg＝38.86K，表現出比較高的非晶形成能力，較高的玻璃形成能力。
采用萬能材料試驗機進行大塊非晶合金的壓縮實驗，測量機械性能，試樣尺寸為直徑2mm，長度4mm，應變速率5.0×10-4/s。測得Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的強度為2050MPa。
采用維氏顯微硬度計測量大塊非晶合金的硬度，加載載荷為200g，Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的維氏硬度為670。
實施例3
本發明一種銅基大塊非晶合金的制備方法，包括如下步驟：
(1)按照如下原子比配制原料：Cu:Zr:Ti:Ni:Y＝54:22:15:6:3，其中，各元素原料的純度不低于99.5％；
(2)于氬氣氣氛保護下，在電弧爐中將步驟(1)配制得到的原料混合均勻，在200A/cm2的電流密度下熔煉60s，完成第一次熔煉；
(3)在與第一次熔煉相同的條件下再進行4次熔煉，制得母合金鑄錠；
(4)將母合金鑄錠重新熔化，采用銅模鑄造法，控制冷卻速度為100K/s，制得銅基大塊非晶合金。
采用差式掃描分析儀檢測非晶合金棒的玻璃化轉變溫度Tg和結晶開始溫度Tx。測得Tg＝692.88K，Tx＝730.10K，計算得△Tx＝Tx-Tg＝37.22K，表現出比較高的非晶形成能力，較高的玻璃形成能力。
采用萬能材料試驗機進行大塊非晶合金的壓縮實驗，測量機械性能，試樣尺寸為直徑2mm，長度4mm，應變速率5.0×10-4/s。測得Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的強度為2155MPa。
采用維氏顯微硬度計測量大塊非晶合金的硬度，加載載荷為200g，Cu54Zr22Ti15Ni6Y3非晶合金的維氏硬度為668。
如圖1所示，采用掃描電鏡觀察試樣斷口，斷裂面主要由順利擴展的脈絡狀花樣組成，斷裂面形貌特征相同于其它大塊非晶合金的斷裂形貌，這顯示Cu基大塊非晶合金具有非常高的斷裂強度和一定的塑性。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。