[发明专利]高强度块体Cu‑Zr‑Zn金属玻璃及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属玻璃及制备方法，具体涉及一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃及制备方法。

背景技术

金属玻璃(Metaliic Glass，MG)又称为非晶合金(Amorphous Alloy)，它是由合金熔体连续快速冷却得到，并具有金属和玻璃特性的一类固体材料。块体金属玻璃(Bulk Metaliic Glass，BMG)通常是指三维尺寸都在毫米以上的金属玻璃。

非晶合金原子结构具有长程无序、短程有序的特点，不具备传统晶体材料中的位错等缺陷。这使其表现出许多优异的力学性能，如超高强度和断裂韧性、高硬度、低弹性模量、独特的形变和断裂行为等。块体金属玻璃是迄今为止发现的最强、最硬、最软和最韧的金属结构材料。基于这些优异的性质，非晶态合金在航空航天、兵器工业、精密仪器和生物医疗等方面都有广阔的应用前景，具有很高的科学价值和应用价值，因此近年来引起了人们的广泛关注。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃及制备方法，解决Zn由于熔炼时具有高挥发性，需要不断调配成分比例并寻找理想的铸造参数的问题。

技术方案

一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃，其特征在于：金属玻璃的原子特征配比为Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄。

所述各成分金属的纯度大于99.99％。

一种所述高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：按照块体Cu-Zr-Zn金属玻璃合金的原子特征配比Cu₅₀Zr₅₀，称取各成分金属并放置于电弧炉水冷坩埚中

步骤2：将电弧炉抽至真空度5×10^-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；

步骤3：开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，使用机械手对样品进行翻转，重新熔融，重复3-4次使合金混合均匀得到Cu₅₀Zr₅₀母合金；

步骤4：将母合金去除表面氧化皮，以Cu₅₀Zr₅₀母合金与高纯Zn按原子特征配比Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄进行配料；

步骤5：将配制好的Cu₅₀Zr₅₀母合金与高纯Zn放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；

步骤6：将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5×10^-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；

步骤7：开启感应电源进行熔炼，当熔体融化充分至橙红色时，关闭电源；冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；再次重复本过程；

步骤8：感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到块状Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄金属玻璃。

所述步骤8得到的块状Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄金属玻璃的直径为2mm。

有益效果

本发明提出的一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃及制备方法，Cu-Zr-Zn金属玻璃的原子特征配比为Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄，采用了快速凝固制备方法制得的Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄金属玻璃具有较高屈服强度(1815±10MPa)、断裂强度(1840MPa±10MPa)、大的弹性极限以及塑性应变(0.1±0.02)。

附图说明

图1，为Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄金属玻璃的光镜图(OM)；

图2，为Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄金属玻璃的XRD衍射图；

图3，为Cu₄₃Zr₄₃Zn₁₄金属玻璃的室温力学压缩应力应变曲线图。

具体实施方式