[发明专利]低价锆基合金锭及其制备方法和制得的低价锆基非晶合金

说明书

技术领域

本发明涉及合金锭技术领域，具体涉及低价锆基合金锭及其制备方法和制得的低价锆基非晶合金。

背景技术

非晶合金与液体相似，是具有不规则原子构造的合金，所以也被称为非晶合金或Amorphous alloy。通常情况下金属的原子都有序排列形成结晶结构，但是非晶合金的原子排列不规则，且没有结晶结构，所以比一般的金属材料具有更高的强度、更好的弹性，而且比较轻，所以当初开发出来的时候在金属业界引起了轰动效应。非晶合金加适当的热之后会变成像塑料一样自由成型的状态，所以这种非晶合金制造方法开发出来后正跃升为新的工业材料。

2000年代初成功导入量产的锆基非晶合金(Zriconium base Amorphous alloy)是以锆为基础再加上铜、镍、铌、铝等金属制造而成的非晶合金，其合金表面非常光滑，所以被称为Liquidmetal。非晶合金在IT产品(手机内、外构件)、医疗器械(人工股关节、膝关节、体内移植装置、手术工具)、军事用品、体育用品等领域非常受欢迎，非晶合金产品通过新型压铸方法铸造成型，所以具有复杂结构容易成型、后加工费用最小化的优点。

锆基非晶合金(Zriconium-based Amorphous alloy)的主要原子-锆(Zriconium)的原子序数为40，属于第四族银灰色的过渡金属(与钛(Ti)、铪(Hf))共称为钛族)，其金属本身容易起反应形成二氧化锆保护膜，所以耐腐蚀性很强。此外这种金属表面强度强、机械强度高、热传导性好。作为地球上储藏量第九多的金属在原子能、合成纤维、石油化学等领域广泛使用。特别是在陶瓷产品、原子能发展领域中需求量增加很快。锆对热中子吸收断面积在金属材料中最少，而且其耐腐蚀性非常强，所以在原子能材料中需求最多。此外这种金属不仅机械性能和耐腐蚀性非常好之外，还与用于核燃料的二氧化铀(UO₂)兼容性非常好，适合用做反应堆的堆心结构材料。

但是锆基非晶合金的主要原子-锆这种材料中不能含有Hf(铪)，所以要分离其中的铪(Hf)之后冶炼获得。特别指出的是，Zr和Hf的化学作用和性质几乎相同，但Zr的密度只有Hf的一半左右，所以Hf分离技术在所有元素分离技术中属于最难的技术，所以Hf分离技术以及冶金精制对Zr的价格起很大的影响。

锆金属分很多种等级分类生产。Grade 702 Zirconium, Grade 704 Zirconium (Zr-1.5Sn), Grade 705 Zirconium (Zr-2.5Nb), Grade 706 Zirconium (Zr-2.5Nb), Zircaloy-2 (Zr2),Zircaloy-4 (Zr4)。2013年的时候结晶锆价格约为USD120~USD200。所以虽然锆基非晶合金其成型性能卓越、能降低后加工费用，但很难在价格上与铝合金铸造、镁合金铸造、铜合金铸造、MIM等工艺做竞争。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种成本低的低价锆基合金锭及其制备方法和制得的低价锆基非晶合金。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种低价锆基合金锭，所述低价锆基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Zr45-70%

Cu10-20%

Ni8-18%

Al5-15%

Nb2-8%

Sn0.5-4%。

优选的，所述低价锆基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Zr55-70%

Cu12-18%

Ni10-16%

Al8-12%

Nb2-6%

Sn0.5-3%。

更为优选的，所述低价锆基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Zr56.8%

Cu15.6%

Ni12.9%

Al10%

Nb4.1%

Sn0.7%。

一种低价锆基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、母合金的制备：将低价锆基合金锭所需的Nb金属和部分Ni金属通过真空电弧熔融法进行熔炼，得到母合金，采用真空电弧熔融法除了能使原材料中所含不纯物之外不会混入其他不纯物，保证了合金的纯度；

步骤B、低价锆基合金锭的制备：将步骤A得到的母合金和低价锆基合金锭所需的Zr金属、Cu金属、Al金属和剩余的Ni金属，通过真空高周波熔融法进行熔炼，得到低价锆基合金锭，其中Zr金属采用型号为Zr2或 Zr4的Zr金属。