Sm－Al－Co系Sm基三元块体非晶合金

摘要

新材料领域中的Sm－Al－Co系Sm基三元块体非晶合金，特征：其成分范围为Sm

说明书

技术领域

本发明涉及到一系列具有强非晶形成能力的Sm-Al-Co块体非晶合金，属于新材料领域。

背景技术

非晶态金属合金是一类具有短程有序、长程无序结构特征的金属或合金，它们具有很高的综合力学性能和独特的物理化学性能。然而由于金属或合金非晶形成能力(即形成非晶态合金的能力)的影响，制备该类材料需要较高的冷却速率，一般的临界冷却速率在10⁵K/s。以冷速从高到低为序，常用的急冷技术有：熔体雾化、薄膜沉积技术以及铜辊急冷甩带机技术，材料形态常为低维材料如粉末、薄带等，其应用范围因此受到很大限制。

从二十世纪九十年代初以来，以日本和美国为首，发现了一系列具有强非晶形成能力的合金成分，其中以Zr基最为易于制得，其临界冷却速率仅在1K/s量级，可以用铜模铸造和水淬等方法制备成三维块体材料，被称为块体非晶合金。块体非晶合金不仅具有较传统低维非晶合金更优异的机械和物理化学性能，同时，由于突破了尺寸束缚，它们有用作结构材料和功能材料的可能。此外，由于这类材料在其过冷液相区间内可实现精密快速成型，这种良好的工艺性能进一步拓展了其应用范围。目前，美国已将Zr基块体非晶合金用于高尔夫球具、医疗器械、穿甲弹头、卫星部件等多种领域，韩国的三星公司正在开发Zr基非晶合金的手机和MP3外壳。

稀土金属基块体非晶合金是最近发展很快的一类非晶合金。由于稀土元素常具有特殊的磁性、光学等特殊物理化学性质，国外非常重视发展这些具有优良物理化学性能的稀土金属基块体非晶合金。日本开发了最早的La系稀土块体非晶合金，以及具有很好的磁学性能的Nd基、Pr基稀土块体非晶合金；中科院物理所则相继发展了具有自己知识产权的Ce基、Pr基、Er基等多种稀土基块体非晶合金。同这些稀土基块体非晶相比，稀土Sm基块体非晶虽然也有市场前景但是发展缓慢。一方面，由于Sm-Co系合金是目前应用最多的第二代稀土永磁材料，市场规模巨大，所以人们一直都在研究新型Sm基功能磁性材料。另一方面，由于对Sm基合金的非晶形成能力认识还不清楚，所以开发Sm基块体非晶合金进展缓慢，目前已知的能够制备出大尺寸的Sm基块体非晶合金的体系很少，都是四元以上的合金体系。因此，目前已知的第一种Sm基块体非晶是五元的合金，成分为Sm₆₀Fe₁₀Al₁₀Co₁₅Cu₅(参考文献：G.J.Fan，W.Loser，S.Roth and J.Eckert，Acta Materialia，48(2000)3823)，已成为Sm基块体非晶合金的典型成分。它采用压铸的方法获得了直径3mm的块体非晶合金。这种合金是在Sm-Fe-Al合金基础上采用Cu和Co去部分替代Al和Fe获得的，而Sm-Fe-Al合金本身并不能形成块体非晶合金。这种五元合金的缺点是：①组元多成分优化复杂，导致很难在此成分基础上通过成分优化来提高合金的性能，组元多同时还提高了合金成本；②为了确定块体非晶合金的成分需要进行大量的试验，这必然存在一定的主观性和随意性；③由于Sm这种稀土金属本身在熔炼时易氧化烧损和挥发，使得合金成分容易偏离非晶成分，成分控制困难，这些都使得发展Sm基块体非晶合金变得相当困难。

从现有的研究看，块体非晶合金都是多组元合金，成分是影响合金非晶形成能力的关键因素，成分的选择和控制至关重要。在特定的非晶形成体系中，具有最强非晶形成能力的合金具有确定的成分，如果偏离该成分，合金的非晶形成能力将大为降低。

针对Sm基块体非晶合金的现状，本发明采用“块体非晶合金形成的电子浓度判据”设计合金，利用真空电弧熔炼和铜模吸铸的方法，并采取措施控制Sm氧化烧损和挥发，发展出新型的Sm基三元块体非晶合金。

发明内容

本发明的目的是要克服已有技术存在的：①多组元体系中成分选择和优化复杂的困难；②依靠实验的经验模式寻找块体非晶合金成分，难以避免主观性和随意性；③Sm组元在熔炼过程中，易挥发难以控制的不足，提供以电子浓度判据开发新的Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金，确定其块体非晶合金的形成范围和最佳非晶成分，特提出本发明的技术解决方案。

实现本发明的思路是，利用块体非晶合金形成的电子浓度判据确定出Sm-Al-Co合金系的非晶成分；然后根据设计成分的配比来配制合金原料，配料时需多加入一些Sm来补偿它在熔炼时的挥发；用非自耗电弧熔炼法，在氩气气氛保护下熔炼合金锭，以防止Sm的氧化；在熔炼时，还要进行成分检查，即利用天平测量合金锭的挥发失重，补足失重的Sm，以监控合金成分；最后利用铜模负压吸铸法制备出块体非晶合金棒，并确认非晶合金成分范围和最佳成分。

本发明所提出的Sm-Al-Co系Sm基块体非晶合金，包括成分设计、熔炼制备，其特征在于：

a)Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金，包括Sm、Al和Co元素，其成分范围为Sm_x(Al_50-yCo_50+y)_100-x，式中，x的取值范围为50at.％≤x≤58at.％，y的取值范围是-10at.％≤y≤+7at.％，at.％表示原子百分比；

b)Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金，其最佳非晶形成成分为Sm₅₀Al₂₅Co₂₅；

c)制备Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金的方法，包括成分配比称量、熔炼、成分检查和吸铸，熔炼应分步进行，其步骤是：

第一步，备料

按照设计成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，称取各组元量值，待用；其中，Sm要多加入2％的量，用来补偿合金熔炼时的挥发；而Sm、Al和Co元素的金属原料其纯度应为99％以上；

第二步，Sm-Al-Co合金锭的熔炼

将上述三种原料混合放在非自耗电弧炉的水冷铜坩埚内，在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06～0.08MPa，熔炼电流密度范围为120～140A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的Sm-Al-Co合金锭；

第三步，Sm-Al-Co合金锭成分检查

用分析天平称量Sm-Al-Co合金锭的质量，将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中Sm元素的挥发质量；如果Sm挥发的量小于2％内，那么该合金锭可以进行下一步工序；如果Sm挥发的量大于2％，那么需要补充已挥发的Sm元素的量值，并再按第二步的方法熔炼多次以保证合金锭成分均匀；

第四步，Sm-Al-Co块体非晶合金制备

将Sm-Al-Co合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06～0.08MPa，熔炼电流密度范围为120～140A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到块体非晶合金。

本发明的进一步特征在于：在熔炼中，要补充已挥发的Sm元素的量值时，由以下两个步骤方法确定：首先，计算平均每次熔炼合金锭时Sm的挥发质量，每次Sm的挥发质量＝Sm元素的挥发质量÷熔炼次数；然后，再补充Sm元素的挥发质量，其补充的量值＝Sm元素已经挥发的质量-预先多加入的Sm元素的质量+再熔炼多次合金锭时Sm的挥发质量，其中，再次熔炼合金锭是为了使合金锭和新加入的Sm熔合，并使成分均匀。

本发明的方案是根据“块体非晶合金形成的电子浓度判据”，结合Sm-Al-Co合金系的相图特征，确定出该合金系中电子浓度值为1.5的特征等电子浓度线，同时确定出该等电子浓度线上的合金成分，然后在这些成分基础上，固定两个元素配比不变，改变另一元素配比，从而对等电子浓度线附近的非晶成分范围进行确定和优化。这种成分设计构思避免了现有技术的主要缺点，即成分选取的随意性。然后采用非自耗电弧熔炼炉和铜模负压吸铸设备，通过本发明思路中提出的成分控制的方法制备Sm-Al-Co块体非晶合金。用X射线衍射仪、差示扫描量热仪(TA Q100)分析测定合金的结构和热力学参数，确定出能用吸铸法形成3mm直径非晶棒材的Sm-Al-Co系Sm基块体非晶合金其成分范围为Sm_x(Al_50-yCo_50+y)_100-x，x的取值范围为50at.％≤x≤58at.％，y的取值范围是-10at.％≤y≤+7at.％。同时还确定出这些合金中具有最大非晶形成能力的成分。

X射线衍射结果表明，当Sm-Al-Co系合金棒的成分位于本发明提出的块体非晶合金的形成成分范围之外时，合金的X射线衍射谱中将出现大量的明锐衍射峰，表明合金中生成了大量的晶体相；而当合金棒的成分位于本发明提出的形成块体非晶合金的成分范围内时，其X射线衍射谱都呈现出典型的非晶态衍射特征，表明它们是块体非晶合金。最终，实验确定：在本发明提出的Sm-Al-Co系Sm基块体非晶合金的成分范围内，都可通过铜模吸铸法获得直径3mm的非晶棒。其中，典型成分Sm₅₀Al₂₅Co₂₅、Sm₅₈Al₂₁Co₂₁、Sm₅₄Al_19.8Co_26.2、Sm₅₄Al_27.6Co_18.4、Sm₅₂Al_26.2Co_21.8合金的非晶品质由热分析DSC实验表征，测得的有关非晶稳定性和形成能力的实验数据同列在表1中。

玻璃转变温度T_g和晶化温度T_x是表征非晶合金热稳定性的特征参数，其值增加表明非晶抗晶化能力加强，非晶的热稳定性在增加；两者的差值ΔTx(ΔT_x＝T_g-T_x)表征了非晶合金过冷液相区的宽度，这个区间越宽则非晶的热稳定性也越好。Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金的T_g和T_x值比较高，表明它们均具有较高的热稳定性，而Sm₅₀Al₂₅Co₂₅块体非晶合金具有最大的T_g和T_x值，表明具有最佳热稳定性，同时该合金还具有最大的ΔT_x，表明其在T_g温度以上也具有最强的抵抗晶化的能力。它比已知的Sm₆₀Fe₁₀Al₁₀Co₁₅Cu₅块体非晶合金具有更高的T_g和T_x，即具有更好的热稳定性。

约化玻璃转变温度T_rg＝T_g/T_l是表征非晶形成能力的主要参数。表1中5个块体非晶合金的约化玻璃转变温度都较大，均大于0.6，即大于能有效抑制合金形核的T_rg临界值，表明这些非晶合金具有很强的非晶形成能力。Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金的T_rg很高，表明它们具有很强的非晶形成能力。类似地，从另一表征非晶形成能力的参数γ(γ＝T_x/(T_g+T_l)值来看，也表明它们具有很强的非晶形成能力。其中，Sm₅₀Al₂₅Co₂₅块体非晶合金具有最大的T_rg和γ值，是最大非晶形成能力的合金。其T_rg和γ也比已知的Sm₆₀Fe₁₀Al₁₀Co₁₅Cu₅更大的，具有更大的非晶形成能力。

通过上述实验分析，可得出如下结果：利用非自耗电弧熔炼和铜模负压吸铸制备方法，以及本发明提出的控制合金成分的方法，本发明提出的Sm-Al-Co系Sm基合金中可形成块体非晶合金，在下列成分范围内Smx(Al_50-yCo_50+y)_100-x(x＝50～58at.％，y＝-10～+7at.％)都可形成直径为3mm的非晶合金棒；其中本体系中最大非晶形成能力的成分为Sm₅₀Al₂₅Co₂₅。

需要说明的是，整个熔炼和吸铸过程必须在抽到高背底真空(10^-2Pa)后充入氩气保护下进行，以避免氧化，也防止因氧化而使实验合金成分偏离设计成分；熔化本发明所涉及的合金所用电流密度范围为120～140A/cm²，因为过大的电流密度将导致Sm元素大量烧损挥发，过小的电流密度则要较长的时间去熔化合金中熔点较高的Co，使得Sm元素大量烧损挥发，所以对于Co含量高而Sm含量低的合金用大电流密度，反之则用小电流密度；熔炼时必须对合金挥发进行检查和补偿，保证实验合金成分接近设计成分。

本发明的优点是：①克服了已有技术中Sm基块体非晶组元多优化复杂，成分选取带有随意性和主观性的不足，发展了新的Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金体系，并确定出该体系中块体非晶合金成分范围；②由于合金组元简单并且确定出了最佳的块体非晶合金成分，有利于在此成分基础上进一步发展四元以上的Sm基块体非晶合金；③由于熔炼中采取了对挥发量检查和补充的方法，所以减少了成分偏差。

附表说明

表1是Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金的典型成分和特征温度测量结果

表中第一列给出了典型合金的成分，第一行中T_g表示玻璃化温度，T_x晶化温度，过冷液相区ΔT_x，T_l液相点温度，T_g/T_l约化玻璃转变温度，参数γ(γ＝T_x/(T_g+T_l))。结果表明，该体系块体非晶合金都有高的热稳定性和强的非晶形成能力。其中，具有最佳热稳定性和非晶形成能力的非晶合金是Sm₅₀Al₂₅Co₂₅。

对于表中给出的块体非晶合金的典型成分，它们与本发明中给出的成分范围Sm_x(Al_50-yCo_50+y)_100-x(x＝50～58at.％，y＝-10～+7at.％)的关系如下：以表中给出的5个典型成分为例进行说明。1)当x＝50at.％，y＝0at.％时，代入成分式中，得到Sm的含量为50at.％，Al的含量为(50-0)*(100-50)/100＝25at.％，Co的的含量为(50+0)*(100-50)/100＝25at.％，该合金成分为Sm₅₀Al₂₅Co₂₅；2)当x＝58at.％，y＝0at.％时，代入成分通式中，得到Sm的含量为58at.％，Al的含量为(50-0)*(100-58)/100＝21at.％，Co的的含量为(50+0)*(100-58)/100＝21at.％，该合金成分为Sm₅₈Al₂₁Co₂₁；3)当x＝54at.％，y＝7at.％时，代入成分通式中，得到Sm的含量为54at.％，Al的含量为(50-7)*(100-54)/100＝19.8at.％，Co的的含量为(50+7)*(100-54)/100＝26.2at.％，该合金成分为Sm₅₄Al_19.8Co_26.2；4)当x＝54at.％，y＝-10at.％时，代入成分通式中，得到Sm的含量为54at.％，Al的含量为(50+10)*(100-54)/100＝27.6at.％，Co的的含量为(50-10)*(100-54)/100＝18.4at.％，该合金成分为Sm₅₄Al_27.6Co_18.4；5)当x＝52at.％，y＝-4.5at.％时，代入成分通式中，得到Sm的含量为52at.％，Al的含量为(50+4.5)*(100-52)/100＝26.2at.％，Co的的含量为(50-4.5)*(100-52)/100＝21.8at.％，该合金成分为Sm₅₂Al_26.2Co_21.8。

附图说明

图1是Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金成分图

结合附图来说明Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金成分的选取和确定。首先要在三元成分图内建立等电子浓度线。一般地，易于形成块体非晶的合金成分就分布在等电子浓度线上，并被变电子浓度线判据制约。由于已知Sm金属的电子浓度值为1.5，并且已知Al-Co亚组元体系中有典型的电子相Al₅₀Co₅₀，其电子浓度值也为1.5，那么在Sm-Al-Co三元成分图中连接Sm和Al₅₀Co₅₀，构建出等电子浓度线，其成分可以表示为Smx(Al₅₀Co₅₀)_100-x(式中x＝0～100at.％)，即图1中的细实线。其次，要在三元成分图内建立变电子浓度线，变电子浓度线表明了三元块体非晶合金与其亚组元合金的成分关联。分别采用共晶点Sm₆₄Co₃₆与Sm₇₅Al₂₅来构建变电子浓度线，用它们来连接第三组元Al和Co就得到两条变电子浓度线，即图1中的虚线与点划线。这样，等电子浓度线和两条变电子浓度线相交可以得到两个交点，交点成分为Sm₄₇Al_26.5Co_26.5和Sm₆₀Al₂₀Co₂₀；在交点范围内并且沿着等电子浓度线设计了合金，其成分可以表示为Sm_x(Al₅₀Co₅₀)_100-x(式中x＝47～60at.％)。再次，在这些成分基础上，固定两个元素配比不变，改变另一元素配比，研究等电子浓度线附近的可能的非晶成分范围。最后，根据实验确定出Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金实际的成分范围和最佳成分，Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金成分范围为Sm_x(Al_50-yCo_50+y)_100-x(x＝50～58at.％，y＝-10～+7at.％)，即图1中标记的矩形范围内。图1中还给出了五个典型成分Sm₅₀Al₂₅Co₂₅、Sm₅₈Al₂₁Co₂₁、Sm₅₄Al_19.8Co_26.2、Sm₅₄Al_27.6Co_18.4、Sm₅₂Al_26.2Co_21.8，即图中分别标记1、2、3、4和5的三角形点。

具体实施方式

下面结合附表，详细说明Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金的实施方式，现以成分Sm₅₀Al₂₅Co₂₅、Sm₅₈Al₂₁Co₂₁、Sm₅₄Al_19.8Co_26.2、Sm₅₄Al_27.6Co_18.4、Sm₅₂Al_26.1Co_21.8为例，说明Sm-Al-Co系Sm基三元块体非晶合金的制备过程。并结合附表，说明该体系块体非晶的热力学特点。

实施例一，Sm₅₀Al₂₅Co₂₅块体非晶合金制备及其性能测试

第一步，成分配比的称量

按照设计成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Sm、Al、Co原料，待用；称量中已预先多加入2％的Sm用来补偿合金熔炼时的挥发；

第二步，Sm₅₀Al₂₅Co₂₅三元合金锭的熔炼

将Al、Co与稀土金属Sm的混合料，放在非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06MPa，熔炼电流密度范围为140A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼3次，得到成分均匀的三元合金锭；

第三步，Sm₅₀Al₂₅Co₂₅三元合金锭成分检查

用天平测量合金锭的质量，天平的精度为万分之一克；比较这个合金锭质量与第一步配料时原料的质量，两者的差值为合金中Sm元素的挥发质量；合金锭质量减少了0.03克，换算后即Sm挥发的量为1.5％，挥发的量小于2％，该合金锭可进行下一步吸铸工序(由于第一步配料时预先加入了2％Sm用于补偿熔炼时的挥发，所以合金锭中实际的Sm含量约为50.5％)；

第四步，Sm₅₀Al₂₅Co₂₅块体非晶合金制备

将Sm₅₀Al₂₅Co₂₅合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为140A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金；

第五步，结构与性能测试

用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析Sm₅₀Al₂₅Co₂₅合金棒的相结构，其X射线衍射谱的呈现出典型的非晶态结构的衍射特征，表明它是非晶合金，其中不含有晶体相；用差示扫描量热仪测定了该合金的热力学参数，得到其玻璃化温度T_g为579K，晶化温度T_x为640K，说明Sm₅₀Al₂₅Co₂₅块体非晶合金具有较高的热稳定性；同时，其约化玻璃转变温度T_g/T_l(0.648)和参数γ(0.435)表明该合金的具有很强的非晶形成能力；与该体系内其它非晶合金(样品均用同样条件下制得)相比，Sm₅₀Al₂₅Co₂₅非晶合金具有相对高的T_g、T_x、T_g/T_l和γ值，它是Sm-Al-Co系中最佳的非晶形成成分。

实施例二，Sm₅₈Al₂₁Co₂₁块体非晶合金制备及其性能测试

第一步，成分配比的称量

按照设计成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Sm、Al、Co原料，待用；称量中已预先多加入2％的Sm用来补偿它的挥发；

第二步，Sm₅₈Al₂₁Co₂₁三元合金锭的熔炼

合金锭的熔炼方法采用实施例一中的第二步的方法进行；抽真空为10^-2Pa，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为120A/cm²，反复熔炼3次，得到成分均匀的三元合金锭；

第三步，Sm₅₈Al₂₁Co₂₁三元合金锭成分检查

合金锭挥发质量的检查方法采用实施例一中的第三步的方法进行，具体略；合金锭的质量少了0.068克，即Sm挥发了3.4％，挥发量大于2％，需要加入Sm来控制合金成分；那么由于合金锭熔炼进行了3次，平均而言每次熔炼时Sm挥发0.0227克，所以补充的Sm的质量＝0.068克-0.04克+0.0227×2＝0.0734克；

第四步，Sm₅₈Al₂₁Co₂₁三元合金锭的熔炼

将合金锭与补充的Sm混合，用实施例一中的第二步的方法再熔炼2次，得到成分均匀的三元合金锭，具体略；采用的参数为抽真空10^-2Pa，充入氩气气压0.08MPa，熔炼所用电流密度120A/cm²；

第五步，Sm₅₈Al₂₁Co₂₁块体非晶合金制备

将Sm₅₈Al₂₁Co₂₁合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为120A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金；

第六步，结构与性能测试

用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析Sm₅₈Al₂₁Co₂₁合金棒的相结构，结果表明Sm₅₂Al₂₄Co₂₄合金棒为非晶态结构，其中不含任何晶体相；用差示扫描量热仪测定了该合金的热力学参数，其，T_g与T_x值分别为554K和585K；它的T_g/T_l和γ值分别为0.6193和0.404；结果表明，在Sm-Al-Co系非晶合金中，它是具有高的热稳性和高非晶形成能力的合金之一。

实施例三，Sm₅₄Al_19.8Co_26.2块体非晶合金制备

第一步，成分配比的称量

按照设计成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Sm、Al、Co原料，待用；称量中已预先多加入2％的Sm用来补偿它的挥发；

第二步，Sm₅₄Al_19.8Co_26.2三元合金锭的熔炼

合金锭的熔炼方法采用实施例一中的第二步的方法进行；抽真空为10^-2Pa，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为130A/cm²，反复熔炼3次，得到成分均匀的三元合金锭；

第三步，Sm₅₄Al_19.8Co_26.2三元合金锭成分检查

合金锭挥发质量的检查方法采用实施例一中的第三步的方法进行，具体略；合金锭的质量少了0.0522克，即Sm挥发了2.6％，挥发量大于2％，需要加入Sm来控制合金成分；那么由于合金锭熔炼进行了3次，平均而言每次熔炼时Sm挥发0.0174克，所以补充的Sm的质量＝0.0522克-0.04克+0.0174×2＝0.047克；

第四步，Sm₅₄Al_19.8Co_26.2三元合金锭的熔炼

将合金锭与补充的Sm混合，用实施例一中的第二步的方法再熔炼2次，得到成分均匀的三元合金锭，具体略；采用的参数为抽真空10^-2Pa，充入氩气气压0.08MPa，熔炼所用电流密度130A/cm²；

第五步，Sm₅₄Al_19.8Co_26.2块体非晶合金制备

将Sm₅₄Al_19.8Co_26.2合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为130A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金；

第六步，结构与性能测试

用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析Sm₅₄Al_19.8Co_26.2合金棒的相结构，结果表明Sm₅₄Al_19.8Co_26.2合金棒为非晶态结构，其中不含任何晶体相；用差示扫描量热仪测定了该合金的热力学参数，其T_g与T_x值分别为535K和555K；它的T_g/T_l和γ值分别为0.607和0.392；结果表明，在Sm-Al-Co系非晶合金中，它是具有高的热稳性和高非晶形成能力的合金之一。

实施例四，Sm₅₄Al_27.6Co_18.4块体非晶合金制备

第一步，成分配比的称量

按照设计成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Sm、Al、Co原料，待用；称量中已预先多加入2％的Sm用来补偿它的挥发；

第二步，Sm₅₄Al_27.6Co_18.4三元合金锭的熔炼

合金锭的熔炼方法采用实施例一中的第二步的方法进行；抽真空为10^-2Pa，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为130A/cm²，反复熔炼3次，得到成分均匀的三元合金锭；

第三步，Sm₅₄Al_27.6Co_18.4三元合金锭成分检查

合金锭挥发质量的检查方法采用实施例一中的第三步的方法进行，具体略；合金锭的质量少了0.039克，即Sm挥发了1.95％，挥发的量小于2％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；

第四步，Sm₅₄Al_27.6Co_18.4块体非晶合金制备

将Sm₅₄Al_27.6Co_18.4合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为130A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金。

第五步，结构与性能测试

用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析Sm₅₄Al_27.6Co_18.4合金棒的相结构，结果表明Sm₅₄Al_27.6Co_18.4合金棒为非晶态结构，其中不含任何晶体相；用差示扫描量热仪测定了该合金的热力学参数，其T_g与T_x值分别为571K和610K；它的T_g/T_l和γ值分别为0.618和0.408；结果表明，在Sm-Al-Co系非晶合金中，它是具有高的热稳性和高非晶形成能力的合金之一。

实施例五，Sm₅₂Al_26.2Co_21.8块体非晶合金制备

第一步，成分配比的称量

按照设计成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Sm、Al、Co原料，待用；称量中已预先多加入2％的Sm用来补偿它的挥发；

第二步，Sm₅₂Al_26.2Co_21.8三元合金锭的熔炼

合金锭的熔炼方法采用实施例一中的第二步的方法进行；抽真空为10^-2Pa，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为130A/cm²，反复熔炼3次，得到成分均匀的三元合金锭；

第三步，Sm₅₂Al_26.2Co_21.8三元合金锭成分检查

合金锭挥发质量的检查方法采用实施例一中的第三步的方法进行，具体略；合金锭的质量少了0.038克，即Sm挥发了1.9％，挥发的量小于2％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；

第四步，Sm₅₂Al_26.2Co_21.8块体非晶合金制备

将Sm₅₂Al_26.2Co_21.8合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为130A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金。

第五步，结构与性能测试

用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析Sm₅₂Al_26.1Co_21.8合金棒的相结构，结果表明Sm₅₂Al_26.2Co_21.8合金棒为非晶态结构，其中不含任何晶体相；用差示扫描量热仪测定了该合金的热力学参数，其T_g与T_x值分别为574K和636K；它的T_g/T_l和γ值分别为0.641和0.433；结果表明，在Sm-Al-Co系非晶合金中，它是具有高的热稳性和高非晶形成能力的合金之一。

表1：Sm-Al-Co系Sm基块体非晶合金的典型成分和特征温度测量结果。

  Comosition  Tg  Tx  Tm  Tl  ΔTx  Tg/Tl  γ  Sm₅₀Al₂₅Co₂₅  Sm₅₈Al₂₁Co₂₁  Sm₅₄Al_19.8Co_26.2  Sm_54.5Al_27.3Co_18.2  Sm₅₂Al_26.2Co_21.8  579  554  535  571  574  640  585  555  610  636  867  868  855  868  868  893  895  882  924  896  61  31  20  39  62  0.648  0.619  0.607  0.618  0.641  0.435  0.404  0.392  0.408  0.433