[发明专利]一种锆基非晶合金

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金领域，尤其涉及一种锆基非晶合金。

背景技术

由于非晶态合金的原子排列没有长程有序的特征，导致结构中没有位错，也没有晶界，因此，相对于普通多晶体金属材料，非晶态合金具有高强度、耐腐蚀、耐磨等优异的性能，可用作制备微电子器件、体育用品、高档奢侈品、电子消费品等的原材料。通常的非晶态合金制备方法是以一定的冷却速度将合金熔体快速冷却至玻璃转变温度（T_g）以下，由于冷速过快，避免了晶体的形核与长大，最后得到完全非晶态的结构。材料形成非晶态结构所需的冷速越慢，越容易形成尺寸更大的非晶态结构材料。锆基、钯基、镁基、铁基、铜基、镧基等合金体系中的特定合金的临界冷却速率在数量级上小于10K/秒，可以通过铜模铸造的方法制备厘米量级厚度的块体非晶态合金。

一般采用可形成完全非晶态结构的铸态圆棒的临界直径作为合金的非晶形成能力（GFA）。合金的非晶态结构形成能力主要依赖于合金的化学成分，合金成分的复杂化或多元化可以降低非晶态结构形成的临界冷却速率，提高合金的非晶形成能力。其中多组元锆基非晶合金为目前发现的同时具备非晶形成能力好，又具有优良的力学及机械加工性能的非晶合金，最具有工程结构材料应用前景。

目前在世界研究范围内已开发的可以形成非晶态结构的锆基非晶合金主要集中在Zr-TM-Al或Zr-TM-Be(TM为Ti,Cu,Ni或Co)体系。这些合金在某些特定的成分范围可由熔体冷却形成直径为10mm以上的非晶态结构圆棒材料。目前这些合金制备主要在实验室当中，合金中的氧含量一般小于200ppm，因此必须对原材料中氧的含量以及制备过程中带入的氧含量进行严格控制。

例如以下的合金配比在浇铸后可形成一定尺寸的非晶态结构:

(Zr,Hf)aMbAlc，

其中M为Ni,Cu,Fe,Co元素中的至少一种或多种；a,b，c为原子百分比，25≤a≤85,5≤b≤70and 0<c≤35，其中优选的Zr50Cu40Al10合金经过真空熔炼以及普通的铜模浇铸后可形成完全非晶态圆棒的直径为10mm，即非晶形成能力为10mm。

为了继续提升合金的非晶形成能力，通常往合金中添加适量的Ni元素，与Cu元素形成一定的配比，如当合金中添加5at.%的Ni后，得到的四元Zr55Cu30Ni5Al10合金的非晶形成能力达到30mm。制备方法一般为称取的一定配比的原料放入真空冶炼炉中，调节抽真空度至5×10-3Pa，然后充入0.05MPa氩气保护气体；熔炼均匀后随炉冷却制得母合金。随后将母合金放入感应炉重熔后喷入或浇入铜模中中制得非晶合金棒材。

现有的Zr基合金的GFA对合金中氧含量特别敏感。由于锆和氧具有很强的结合力，合金熔体中容易生成氧化锆或锆/氧团簇，它们可作为非均质成核的核心，使合金的GFA降低。由于在普通的实验室或工业生产条件下，Zr基非晶合金中不可避免地会引入一定量的氧，因此生产过程中必须采用昂贵的高纯原材料、而且熔炼、压铸过程要求抽高真空，真空度往往要求10-2Pa以上甚至10-3Pa，以防止合金中氧含量的升高造成非晶GFA的降低。高纯原料（99.9%以上）及苛刻的保护性气氛造成Zr基非晶合金的制备成本非常高，不能满足大规模的量产。当采用市场上较为普遍的工业级原料时，又不能制备出具有一定尺寸的非晶态结构的部件及产品。

发明内容

本发明实施例提供了一种锆基非晶合金，用于在降低材料纯度以及压铸环境真空度等工艺要求的基础上保证合金形成大块非晶的能力。

本发明实施例提供一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为:

(Zr,Hf,Nb)_aCu_bNi_cAl_dRe_e，

其中a、b、c、d、e为各元素在所述锆基非晶合金中对应的原子百分比含量，分别为：45≤a≤65，15≤b≤40，0.1≤c≤15，5≤d≤15，0.05≤e≤5，a+b+c+d+e≤100，Re为La、Ce、Po、Ho、Er、Nd、Gd、Dy、Sc、Eu、Tm、Tb、Pr、Sm、Yb、Lu元素中的一种或多种的组合或者Re为La、Ce、Po、Ho、Er、Nd、Gd、Dy、Sc、Eu、Tm、Tb、Pr、Sm、Yb、Lu元素中的一种或多种和Y的组合。

一种锆基非晶合金的制作方法，包括在保护气氛或真空条件下将金属原料熔炼完全后，进行铸造冷却成型而形成锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为: