[发明专利]一种耐磨耐蚀的非晶合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及非晶合金材料技术领域，具体为涉及一种耐磨损耐腐蚀的Zr基非晶合金及其制备方法和应用。

背景技术

金属材料制品在使用过程中将受到不同形式的直接或间接的损坏，其中最常见的损坏形式为磨损和腐蚀。磨损是指金属构件和其他部件相互作用，由于机械摩擦而引起的逐渐损坏，如机车的车轮与钢轨间的磨损。腐蚀是指金属材料在环境介质的作用下，逐渐损坏或变质，金属材料的锈蚀是最常见的腐蚀现象之一。金属材料遍布国民经济的各个领域，从日常生活到国防工业，但凡使用金属材料之处，都不可避免的存在金属磨损和腐蚀的问题，不仅造成经济损失，有些甚至造成了灾难性的事故。现代工业中，针对金属磨损和腐蚀的问题展开了大量的研究，如何获得耐磨耐蚀的金属材料成为目前材料研究的重点方向之一。

在工业应用中，许多机械设备、电子设备往往在非常恶劣的环境条件下工作，如高温、湿热、盐雾、与海水接触、接触酸碱等等，这些设备不仅要求有良好的耐环境介质腐蚀能力，还要求能够耐受工作中的腐蚀磨损、冲刷磨损等因设备与运动的流体接触而导致的特殊腐蚀。目前国内广泛使用的合金材料多为铁系，通过调整合金中的Cr含量达到耐蚀的性能，如不锈钢、膨胀合金、高温合金等等。但是，由于Fe基材料易锈蚀特性和常用添加元素Cr、Ni的不环保性，令这些常用耐蚀合金的使用往往在特殊机械中达不到要求，而且价格昂贵。尤其是其具有软磁性能，对于腐蚀磨损、冲刷磨损等因设备与运动的流体接触而导致的特殊腐蚀无显著改善。

发明内容

本发明提供了一种既耐磨损又耐腐蚀的非晶合金材料，而且该非晶合金材料对腐蚀磨损、冲刷磨损等因设备与运动的流体接触而导致的特殊腐蚀有显著改善，同时该非晶合金材料成形性好，制备工艺简单，适合工业化生产。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

1、原料配方

所述非晶合金的组成为Zr_aHf_bAl_cNi_dM1_eM2_f，其中a、b、c、d、e、f为所述非晶合金中对应的原子百分含量，分别为35％≤a≤55％，4％≤b≤15％，4％≤c≤15％，5％≤d≤20％，6％≤e≤10％，5％≤f≤15％；M1为Si、Cr、Pt、Pd、Au、Ag元素中的一种或多种混合物，M2为Cu、Zn、Mn、Fe元素中的一种或多种混合物。

进一步地，上述非晶合金原子百分含量可优选为40％≤a≤55％，5％≤b≤10％，10％≤c≤15％，10％≤d≤20％，6％≤e≤8％，8％≤f≤15％。

Zr基块体非晶合金具有较高的玻璃形成能力、耐蚀性和成型能力，添加同族的Hf原子在合金中对Zr原子有一定的取代作用，使得合金中不同金属原子之间的作用力增强，宏观表现为冷却后合金结构较为致密成型性能良好。Al、Ni的添加一方面增强该非晶合金的形成能力，同时Al和Ni元素对环境介质的腐蚀有较好的抵御作用，适量添加有益于耐蚀性能的提升。所以在Zr基材中添加Hf、Al、Ni能得到成形性能好和耐蚀性能较好的非晶合金。

在合金中加入平衡电位较高的合金元素可使合金的平衡电位升高，增加了合金整体的热力学稳定性，即金属间形成的固溶体结构使原子的电子壳层结构发生变化，合金的能量发生变化，自由能降低。在可添加的元素中，发明人通过大量实验发现，根据上述原理添加Si、Cr、Pt、Pd、Au、Ag元素中的一种或多种混合物能够大幅度提高合金的稳定性，以及增强合金的硬度和耐腐蚀性能。同时，由于合金元素在固溶体中的固溶度往往是有限的，所以添加该类合金元素的比例不宜高，经实验发现该类添加的合金原子百分含量在占总合金的5％～10％即可达到良好的效果，进一步可优选为5％～8％。

在合金中同时可添加增加腐蚀体系电阻的合金元素来提升耐腐蚀的性能，发明人通过大量实验发现，根据上述原理添加Cu、Zn、Mn、Fe元素中的一种或多种可促使在合金表面生成具有保护作用的腐蚀产物从而降低腐蚀电流，这些微量的腐蚀产物不溶于腐蚀介质、电阻高、致密的附着于合金表面将合金与腐蚀介质隔绝，极为有效的阻止腐蚀过程的进行。而且Cu、Zn、Mn、Fe元素都能够与基体金属形成固溶体满足合金对成型性能和力学性能的要求，提升非晶合金整体的硬度。添加该类合金元素的比例在5％时即可对非晶合金整体性能产生效果，添加的原子百分含量最高可达15％，优选添加范围为8％～15％，进一步优选为8％～12％。