[发明专利]一种锆基非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆基非晶合金及其制备方法。

背景技术

块体非晶合金亦称块体金属玻璃，是上世纪80年代末发展起来的一类新的亚稳材料，它是由多种原子半径相差较大，具有较大负混合热的元素组成的多组元体系。这类合金的过冷液体具有特殊的动力学和热力学特征，发生非晶合金转变额临界冷却速率能降到100k/s以下，因而通过常规的铜模铸造即可以制备出大体积非晶合金。

非晶金属材料由于其特殊的结构——长程无序而短程有序，因而具有优异的性能：高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性、较大的弹性极限和高电阻性等优越的性能，而且还表现出优良的超导性和低磁损耗等特点，因此非晶态金属材料被公认为最有潜力的新型结构材料，从而广泛应用到机械、IT电子、军工等多项领域。大块非晶材料的出现，极大地促进了非金材料的研究和应用。近年来，人们已在Zr基，La基，Mg基，Fe基，Cu基，Ni基，稀土基等十余种体系中获得了块体非晶合金，最大非晶尺寸已超过100mm。其中Zr基非晶合金因其具有较强的非晶形成能力和优异的力学性能而备受关注，并得到了较为广泛的应用。但以目前锆基非晶的性能进行大规模的工业生产还有一定的难度，以常规方式制备出的锆基非晶合金抗冲击韧性往往较低，对生产设备的要求高。

例如，US5288344中公开了一种锆基非晶合金，其组成为：

(Zr_1-xTi_x)_a(Cu_1-yNi_y)_bBe_c

其中，0＜x＜0.4，0＜y＜1，当0＜x＜0.15时，30wt％＜a＜75wt％，5wt％＜b＜52wt％，6wt％＜c＜47wt％；当0.15＜x＜0.4时，30wt％＜a＜75wt％，5wt％＜c＜47wt％，其抗弯强度为1980-2800MPa，冲击韧性为180-250KJ/m²，熔炼时真空度为10^-2-5Pa，冷却速率为10³-10⁵K/s，非晶含量大于50体积％。

现有技术中所公开的锆基非晶合金的抗弯曲强度低，非晶含量低，在铸造过程中，对铸造设备的性能要求较高，(如：冷却速率10³-10⁵K/s，真空环境的绝对压力10^-2-5Pa)，这些大大的增加了锆基非晶合金产品的生产成本，限制了锆基非晶合金在工业上的应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中锆基非晶合金抗冲击韧性低、对熔铸设备要求高，提供一种高抗冲、高韧性、对铸造设备要求低的锆基非晶合金及其制备方法。

本发明提供一种锆基非晶合金，其特征在于：该非晶合金的组成成分为：Zr_aT_MbTi_cBe_d，其中20≤a≤75，10≤b≤50，1≤c≤30，10≤d≤40，a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d＝100；其中T_M选自Cu、Ni、Co、Zn、Nb、Mn中的一种或几种。

在优选情况下，40≤a≤50，20≤b≤25，1≤c≤12，20≤d≤25，且a+b+c+d＝100。T_M选自Cu、Ni、Co、Zn、Nb、Mn中的两种或两种以上。

本发明提供一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括在保护气氛下，将非晶合金原料进行真空熔炼并冷却成型，包括Zr、T_M和Be，Zr、T_M和Be的加入量使所得合金的组成为：Zr_aT_MbTi_cBe_d，其中40≤a≤46，22≤b≤27，1≤c≤11，20≤d≤25，a、b、c、d为摩尔百分数，并且a+b+c+d＝100；其中T_M选自Cu、Ni、Co、Zn、Nb、Mn中的一种或几种。

本发明的发明人意外地发现，在制备锆基非晶合金的过程中，通过合金成分的设计，使得对于生产设备的要求明显降低，在较低的冷却速率条件下可以得到非晶成形率大于80％的非晶合金。与现有的锆基非晶合金相比，本发明提供的锆基非晶合金的抗冲击强度、抗弯强度有明显提高，对铸造设备性能的要求降低。

附图说明

图1是本发明实施例1-5和对比例1-2制得的非晶合金的X射线衍射图。