[发明专利]一种锆基非晶合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆基非晶合金的制备方法。 

背景技术

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：高的强度和硬度、耐磨性、耐蚀性、较大的弹性极限和高电阻等优越的性能，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，极大地促进了非晶材料的研究和应用。目前已知的非晶体系中同时具有较好的非晶形成能力和优越的力学性能的成分体系还比较少，锆基非晶材料作为这些较平衡体系中的一种，目前已经得到了较为广泛的应用。 

目前，国内外对大块非晶制备过程涉及的一些带有共性的基本问题，例如杂质元素和冷却表面的微观结构对非晶形成能力的影响等，缺乏系统深入的研究。例如，某些本征非晶形成能力很强的Pd基和Zr基的非晶形成临界冷却速率可以低到0.01～0.1K/s量级，理论上只要提供一定的冷却条件(如水冷金属模铸造等)就可以得到大尺寸的非晶体。但在实际中，大块非晶对合金纯度、环境气氛等都十分敏感，特别是对氧的含量。非晶合金中氧元素主要来自于原料本身所携带的氧元素以及在熔炼过程中带入的氧元素，锆基非晶在熔炼过程中非常容易吸氧，即使在真空条件下熔炼也会造成合金基体内氧含量的明显升高，而非晶合金中氧含量的增加，会降低非晶合金的形成能力，同时降低的非晶合金的力学性能。 

目前，降低非晶合金中氧含量的做法主要有，采用高纯度的原料来制备非 晶合金，采用高纯度的原料，降低了非晶合金的氧含量，但是同时增加了非晶合金的生产成本，限制了非晶合金的使用范围。另外一种方法是使用常见的钢水脱氧剂，但是由于钢水脱氧剂中所含有的金属物质会导致非晶合金出现严重偏析，而在非晶合金中出现的大量晶化会对锆基非晶形成能力，产生不利影响。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种有效降低锆基非晶合金铸锭中的氧含量，提高非晶合金成型能力的非晶合金制备方法。 

发明人通过大量实验发现，非晶合金中氧元素主要来自于原料本身所携带的氧元素以及在熔炼过程中带入的氧元素，目前，降低非晶合金中氧含量的做法主要有采用高纯度的原料来制备非晶合金，采用高纯度的原料，降低了非晶合金的氧含量，但是同时增加了非晶合金的生产成本，限制了非晶合金的使用范围；另外一种方法是使用常见的钢水脱氧剂，但是，由于钢水脱氧剂中所含有的主要成分为Al、Si等金属物质，这些元素在吸氧的同时会生成氧化物，而在非晶成形过程中氧化物会作为种晶，从而诱发非晶合金内部形成晶体，因而会导致非晶合金出现严重偏析，而在非晶合金中出现的大量晶化会对锆基非晶形成能力，产生不利影响。 

为此，本发明提供一种锆基非晶合金制备方法，其特征在于该方法包括： 

a、对锆基非晶合金铸锭进行除锈、脱脂、清洗处理，得到经过处理的锆基非晶合金铸锭； 

b、将经过处理的锆基非晶合金铸锭，经过破碎后，加入脱氧剂，混合，进行真空熔炼，熔炼温度为锆基非晶合金熔点温度以上250-350℃，熔炼时间为5-20min； 

c、将熔炼后的混合物温度降至锆基非晶合金熔点以上200-300℃，静置保温，得到混合物熔液； 

d、在熔液静置保温过程中向混合物熔液通入氩气，通气时间为5-30min， 流量为2-10L/min通入氩气结束后，熔液经过滤板后注入铜模中，并在保护气氛条件下以10-1000℃/s的冷却速率对熔液进行冷却，冷却至室温，得到锆基非晶合金。 

按照本发明提供的非晶合金制备方法可以有效降低氧含量。 

具体实施方式

发明人发现，当氧含量较高时，非晶合金的非晶形成能力会相应减弱，脆性增强。当非晶合金中的氧含量从800ppm升高到3000ppm时，合金的临界冷却速率至少增加一个数量级。非晶合金熔体中的氧化物诱发非均质成核是氧降低块体非晶合金玻璃形成能力的主要原因。而且，发明人还发现氧在先析晶体内部有偏聚、富集的趋势，氧作用的微观机制是按照合金过冷熔体中晶体形核的影响。因此，氧含量过大对非晶合金熔体冷却凝固过程中所表现的非晶形成能力及获得非晶态后加热过程中所表现的热稳定性，产生不利的影响，因此，需要寻求一种有效降低锆基非晶合金中氧含量的非晶合金制备方法。