[发明专利]一种钽基大块非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钽基大块非晶合金及其制备方法，具体地涉及一种以钽为主要成分，且包含至少50％体积百分比非晶相的钽基大块非晶合金。

背景技术

高温液态金属或合金在平衡冷却条件下通常结晶为晶体。20世纪60年代起，发现了某些金属或合金(如Au-Si等)在高速冷却的非平衡条件下，例如达到每秒钟10⁴～10⁶K的数量级时，在固化时会保持液态时的极端粘滞的状态，从而抑制晶化，得到非晶态的金属或合金。但是，为了获得如此高的冷却速率，只能将熔化的金属或合金喷到导热非常好的传导基底上，这样获得的非晶金属或合金的尺寸非常小。例如，将熔态合金喷射到高速旋转的铜辊上，得到薄带，或浇铸到冷基底中得到薄片和粉末等。

到20世纪80年代末，日本东北大学金属研究所利用电弧熔炼和喷铸技术制备出直径为毫米甚至厘米级的块体非晶合金。随后，非晶合金研究进入了一个高速发展时期。通过选择不同金属元素和合理配比，非晶合金形成的临界冷却速度可以降低到1K/s左右，其临界直径可以高达80mm左右。

非晶态合金的结构特点是短程有序，长程无序，而且合金中原子以金属键相结合，兼具普通非晶态物质和金属的某些特性。由于非晶态合金的结构特性，其具有一系列独特的性能。非晶态合金具有高屈服强度、大弹性应变极限、高疲劳抗力以及高耐磨性等优异的机械性能。非晶态合金具有优良的抗多种介质腐蚀的能力。非晶态合金同样具有优良的软磁、硬磁以及独特的膨胀特性等物理性能。当非晶合金被重新加热到玻璃化转变温度(Tg)以上时，非晶合金在晶化前存在一个不发生晶化的温度区，称为过冷液相区(SLR)。在该区域内，非晶态合金表现出超塑性，并可以方便地进行各种微纳米级的精密加工变形。

迄今为止，已经发现的块状非晶合金系有：Zr基、Ti基、Cu基、Fe基、Pd基、Pt基、Au基、Mg基、Co基、Ni基、Ca基、Y基、Zn基和稀土基的La基、Ce基、Yb基、Pr基、Nd基等。它们除了具有非晶态合金的一般性质之外，还各自具有不同的特性。如Co基非晶态合金具有超高的强度，可以达到5000MPa以上，是金属材料中最高的；Ce基非晶态合金具有极低的玻璃转变温度；Fe基非晶态合金具有优异的磁学性能等。因此，开发新的非晶态合金体系具有重要的意义。

钽(Ta)元素熔点高(3290K)，密度大(16.65g/cm³)，具有较大的模量(杨氏模量186GPa，体模量200GPa)，耐腐蚀性能好，而其在电容器方面也有应用。Ta基非晶态合金可能具有高玻璃转变温度、大密度、高强度、耐腐蚀性优异等特性。因此，发展Ta基大块非晶合金既具有广阔的潜在应用前景又有利于我国提高知识产权的自主创新能力。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有高玻璃形成能力、热稳定性好、大尺寸、以过渡族金属钽为主要元素的钽基大块非晶合金。

本发明的另一目的在于提供上述钽基大块非晶合金的制备方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供了一种钽基大块非晶合金，其特征在于，该钽基大块非晶合金具有如下通式所示的组成：

Ta_aNi_bCo_cM_d

其中，a+b+c+d＝100，且a＝40～60，b＝5～45，c＝5～30，d＝0～20；M选自Al、Si、Nb、B、Cu、Ti、Zr、Pd、Ag和Au中的一种或多种。

根据本发明提供的钽基大块非晶合金，其中，该钽基大块非晶合金在各个维度的尺寸不小于1毫米。例如，在某些实施方案中，该钽基大块非晶合金在各个维度的尺寸不小于2毫米。

根据本发明提供的钽基大块非晶合金，其中，该钽基大块非晶合金可以包含至少50体积％的非晶相，优选包含至少80体积％的非晶相。例如，在某些优选的实施方案中，非晶相的含量可以达到约90体积％，甚至达到100体积％。

在本发明的钽基大块非晶合金的某些实施方案中，M可以选自Al、Si、Nb、B、Cu、Ti、Zr、Pd、Ag和Au中的一种或两种。

本发明还提供了上述钽基大块非晶合金的制备方法，该制备方法包括：将非晶合金原料混合熔炼，冷却后得到母合金铸锭；然后将该母合金铸锭重熔并冷却成型。