一种镁基非晶合金塑料

摘要

一种镁基非晶合金塑料，属于材料科学领域，该合金塑料化学成分按原子百分比为：Mg含量在65～73％之间；Zn含量在23～31％之间；Ca含量在3～5.5％之间；Ag含量在0～3％之间。镁基非晶合金塑料的玻璃转变温度低于100℃，在60℃长期实效下不发生晶化反应，强度大于500MPa，硬度高，耐磨性好，能够液态成型与超塑性成形，均匀单一结构。这种金属玻璃为研究过冷液相区的行为带来方便，同时也为研究非晶合金微成形加工所涉及的基本问题提供了模型材料。

权利要求

1.一种镁基非晶合金塑料，其特征在于：该Mg基非晶合金塑料化学成分按原子百分比为：Mg含量在65～67％之间；Zn含量在26～30％之间；Ca含量在4～5％之间；Ag含量在1～3％之间；该Mg基非晶合金塑料在升温速率≤20℃/min条件下，玻璃转变温度≤84℃。

2.一种镁基非晶合金塑料，其特征在于：该Mg基非晶合金塑料化学成分按原子百分比为：Mg含量71％；Zn含量23％；Ca含量4％；Ag含量2％；该Mg基非晶合金塑料在升温速率10℃/min条件下，玻璃转变温度89℃。

3.一种镁基非晶合金塑料，其特征在于：该Mg基非晶合金塑料化学成分按原子百分比为：Mg含量65％；Zn含量30％；Ca含量4％；Ag含量1％；该Mg基非晶合金塑料在升温速率20℃/min条件下，玻璃转变温度74℃。

4.一种镁基非晶合金塑料，其特征在于：该Mg基非晶合金塑料化学成分按原子百分比为：Mg含量67％；Zn含量26％；Ca含量5％；Ag含量2％；该Mg基非晶合金塑料在升温速率10℃/min条件下，玻璃转变温度84℃。

5.一种镁基非晶合金塑料，其特征在于：该Mg基非晶合金塑料化学成分按原子百分比为：Mg含量67％；Zn含量26％；Ca含量4％；Ag含量3％；该Mg基非晶合金塑料在升温速率10℃/min条件下，玻璃转变温度82℃。

说明书

一种镁基非晶合金塑料

技术领域

[0001] 本发明属于材料科学领域，特别涉及一种镁基非晶合金塑料。

背景技术

[0002] 随着大规模集成电路制造技术和以计算机为代表的微电子工艺的发展，越来越多的电子元件、电器组件及计算机配件等相关零件开始采用微成形方法进行生产。近年来，以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)受到人们的高度重视，逐渐成为航空航天、精密仪器、生物医疗等领域的研究热点。微成形工艺方面的研究包括材料变形行为的研究，成形工艺、模拟、摩擦和工件精度等。和其他领域一样，新材料的研究在微成形技术中占有重要的作用。

[0003] 微成形工艺包括微冲裁、微拉深、微挤压、微铸造等。其中，微尺度效应是金属微成形过程中特有的现象，也是深入研究微成形工艺和微尺度变形规律的瓶颈问题。概括地讲，尺度效应就是指在微成形过程中，由于制品整体或局部尺寸的微小化引起的成形机理及材料变形规律表现出不同于传统成形过程的现象。在具体的微成形过程中材料的成形性能、变形规律以及摩擦等确实表现出特殊的变化：如板厚各异性指数减小，拉延成形中成形极限降低，毛刺增多等。对于晶态材料，材料的晶粒大小、位错的运动与塞积对微成形部件的尺寸效应产生重要的影响。

[0004] 非晶合金是一种没有位错和晶体结构的材料，在铸造成形过程中，几乎没有体积收缩，在过冷液相区(指非晶合金晶化温度和玻璃转化温度之间的区间)成形没有回弹，能精密地复制磨具内腔的形状，达到能复制μm量级的微观结构，因此非晶合金在微成形技术中，消除了由于晶粒、位错运动所引起的尺寸效应，同时非晶合金所适用的微成形工艺广泛，因此非晶合金是微成形加工技术中的良好材料。同时，非晶合金具有各种优异性能，如高强度、高的耐磨性能和优异的抗腐蚀性，能够满足微成形部件对材料使用性能的要求。

[0005] 利用非晶合金过冷液相区的塑性特征，实现微小尺寸的超塑性成形是近年来非晶合金应用研究的一个热点方向。然而，非晶合金的玻璃转变温度(300℃～700℃)还很高，为塑性加工和过冷液态的研究带来很大困难，因为玻璃转变温度高，金属容易氧化，同时对模具性能要求高，能源消耗大。因此寻找一种玻璃转变温度低(低于100℃，高于器件通常要求的工作温度)的非晶合金将为微成形工作的开展提供更广阔的空间。

发明内容

[0006] 针对以上技术问题，本发明提供一种镁基非晶合金塑料。

[0007] 本发明的镁基非晶合金塑料是一种具有玻璃转变温度低于100℃的非晶态镁基合金成分；在真空或保护气体条件进行合金熔炼，在铜模铸造条件下获得尺寸不小于2mm的块体非晶合金。

[0008] 本发明所述的玻璃转变温度低于100℃的镁基非晶合金塑料，其化学成分按原子百分比为：Mg含量在65～73％之间；Zn含量在23～31％之间；Ca含量在3～5.5％之间；Ag含量在0～3％之间。

[0009] 本发明的镁基非晶合金塑料，合金的化学成分优选方案之一是按原子百分比计：Mg含量在70～73％之间；Zn含量在23～26％之间；Ca含量在3～5％之间；Ag含量在
0～2.0％之间。

[0010] 本发明的镁基非晶合金塑料，优选方案之二是按原子百分比计：Mg含量在65～70％之间；Zn含量在26～31％之间；Ca含量在3～5％之间；Ag含量在0～3％之间。

[0011] 本发明的非晶态金属塑料具体实现工艺为：将合金成分按所需比例置于真空感-2应炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为
0.2～0.6个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。

[0012] 本发明中的惰性气体为氩气。

[0013] 采用X射线衍射分析镁基非晶合金塑料的非晶态特征，采用差热分析仪测得镁基非晶合金塑料的玻璃转变温度和晶化温度，其中玻璃转变温度不大于100℃，与其他非晶合金相比，本发明具有以下优点：

[0014] 1、非晶合金的玻璃转变温度低于100℃，在60℃长期实效下不发生晶化反应。

[0015] 2、强度大于500MPa，硬度高，耐磨性好。

[0016] 3、能够液态成型与超塑性成形。

[0017] 4、均匀单一结构。

[0018] 本发明的镁基非晶合金塑料，在室温下该合金将具有高达500MPa以上的强度，是普通晶态镁合金强度的两倍。通过合金成分设计，使得镁基非晶合金塑料的玻璃转化温度低于100℃(升温速率≤20℃/min的测试结果)，为微成形和复形技术提供一种容易成形、节约能源、提高模具使用寿命，降低模具制造成本的一种高性能材料。

[0019] 非晶合金的玻璃转变温度低于100℃，是成形过程中容易操作的温度指标，因此，为区别其他非晶合金，将这种具有低玻璃转变温度的镁基非晶合金塑料，称为金属玻璃；这种金属玻璃为研究过冷液相区的行为带来方便，同时也为研究非晶合金微成形加工所涉及的基本问题提供了模型材料。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例5中镁基非晶合金塑料的DSC曲线。

[0021] 图2为本发明实施例5中镁基非晶合金塑料的XRD曲线。

具体实施方式

[0022] 本发明的实施例采用真空感应炉熔炼制备母合金，采用真空铜模铸造设备制备镁基非晶合金塑料，采用X射线分析判断样品是否为非晶态结构，采用高温差分扫描量热计(DSC)测量非晶态合金的玻璃转变温度和晶化温度，升温速率10℃/min和20℃/min两种方式。

[0023] 本发明实施例的非晶合金样品尺寸为直径2mm的圆棒。

[0024] 以下为本发明优选实施例。

[0025] 本发明实施例中的合金成分的表达式为MgaZnbCacAgd，表示Mg-Zn-Ca-Ag合金中含有Mg、Zn、Ca、Ag的原子百分数分别为a％、b％、c％和d％，其中a+b+c+d＝100。

[0026] 实施例1

[0027] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca＝70∶26∶4置于真空感应-2炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.2个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg70Zn26Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10℃/min条件下的玻璃转变温度88℃。

[0028] 实施例2

[0029] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca＝73∶23∶4混合，置于真-2空感应炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.3个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg73Zn23Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为
10℃/min条件下的玻璃转变温度85℃。

[0030] 实施例3

[0031] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca∶Ag＝71∶23∶4∶2置-2于真空感应炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.4个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg71Zn23Ca4Ag2，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10℃/min条件下的玻璃转变温度89℃。

[0032] 实施例4

[0033] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca＝71∶26∶3置于真空感应-2炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.5个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg71Zn26Ca3，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10℃/min条件下的玻璃转变温度84℃。

[0034] 实施例5

[0035] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca＝68∶28∶4置于真空感应-2炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.6个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg68Zn28Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为20℃/min条件下的玻璃转变温度81℃。

[0036] 实施例6

[0037] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca＝67∶28∶5置于真空感应-2炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.2个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后在用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg67Zn28Ca5，该镁基非晶合金塑料在升温速率为20℃/min条件下的玻璃转变温度72℃。该镁基非晶合金塑料的DSC曲线如图1所示，该镁基非晶合金塑料的XRD曲线如图2所示。

[0038] 实施例7

[0039] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca＝65∶31∶4置于真空感应-2炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.3个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg65Zn31Ca4，该镁基非晶合金塑料在升温速率为20℃/min条件下的玻璃转变温度75℃。

[0040] 实施例8

[0041] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca∶Ag＝65∶30∶4∶1置-2于真空感应炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.4个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg65Zn30Ca4Ag1，该镁基非晶合金塑料在升温速率为20℃/min条件下的玻璃转变温度74℃。

[0042] 实施例9

[0043] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca∶Ag＝67∶26∶5∶2置-2于真空感应炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为0.5个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg67Zn26Ca5Ag2，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10℃/min条件下的玻璃转变温度84℃。

[0044] 实施例10

[0045] 将金属镁，金属锌，金属钙按原子比为Mg∶Zn∶Ca∶Ag＝67∶26∶4∶3置-2于真空感应炉中，将真空感应炉抽真空至真空度小于1×10 Pa，充入惰性气体，惰性气体的压力为10.6个大气压，在温度550～650℃条件下熔炼；然后用铜模铸造的方法制备镁基非晶合金塑料。获得的镁基非晶合金塑料成分为Mg67Zn26Ca4Ag3，该镁基非晶合金塑料在升温速率为10℃/min条件下的玻璃转变温度82℃。