[发明专利]一种具有高热稳定性的锆基多组元非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锆基非晶结构材料领域，具体涉及一种具有高热稳定性的锆基多组元非晶合金及其制备方法。

背景技术

锆基非晶合金由于非常有吸引力的物理、机械和热学性能引起大家的研究兴趣^[1,2]，在继续的研究中，需要适当添加溶质元素、合金元素优化其各项性能，找出商业和工业应用范围广且有用的组合物^[3]。继锆基非晶合金的深入研究和广泛应用之后，人们调整了合金元素的配比，使其呈现高度有序的特性，如各元素以等原子比的比例混合，继而开发了高熵合金，呈现良好的热稳定性^[4,5]，开创了新的合金材料研究领域，但等原子比的成分特征，并不利于形成非晶合金。于是我们设想，保留基体金属占合金成分大部分的含量的前提下，将其它元素按照高度有序的组元特征进行设计，开发出新型的合金体系。

[参考文件]

[1]杨超,李维火,桑圣峰.Zr非晶态合金的热稳定性与耐蚀性能研究[J].材料热处理技术.2011,40(18):36-39。

[2]王锁涛.CuZrAl CuZrAlAg大块非晶合金形成,晶化及力学性能[D].燕山:燕山大学,2007。

[3]A.Inoue,A Takeuchi.Recent development and application products of bulk glassy alloys[J].Acta Material.2011,51:2243-2267。

[4]A.Takeuchi,N.chen.Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀high-entropy alloy as a bulk metallic glass in the centimeter[J].Intermetallics.2011,19:1546-1554。

[5]A.Inoue,T.Zhang.Zr-Al-Ni amorphous alloy with high glass transition temperature and significant supercooles liquid region[J].Mater Trans.1990,31(3):177-183。

发明内容

为了进一步提高锆基金属玻璃的热稳定性，借鉴了高熵合金的成分特征，本发明开发了新型的锆基多组元非晶合金。

针对现有技术，本发明借鉴高熵合金的成分特征设计非晶合金成分，将高熵合金的热稳定性和非晶合金的耐蚀性统一于一种材料，使其展现出优越的综合性能和作为新型结构材料的潜质：(1)保留了非晶合金成分中的主要组元和配比，并引入多种其它元素，保证了合金成分的非晶形成能力，预期可以得到单相的非晶结构，从而使合金具备非晶态合金的力学性能特征；(2)该类合金较传统非晶材料具备更高的混合熵，期望这样的成分设计使材料呈现出优良的热稳定性；(3)合金体系中引入了更多的元素，且部分元素(如银，钯等)有较高的标准电极点位，使得该类合金具备比传统非晶合金更好的耐蚀性。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种具有高热稳定性的锆基多组元非晶合金，合金的成分具有如下表达式Zr₅₅Al₁₀M₃₅，其中M为Fe,Co,Ni,Cu,Ti,Pd,Ag的至少4种，元素按等原子比的整数比例混合；并显示出如下特性：

(1)为合金条带或合金棒材，其中，合金棒材的直径为D，1mm≤D≤6mm；合金棒材压缩断裂强度不低于1600MPa；合金条带和棒材的XRD衍射图谱无明显的晶化峰；

(2)晶化温度高于740k，在晶化温度以上70-100K等温退火3600s后，结构仍为单一非晶态，无明显的晶化现象。

上述具有高热稳定性的锆基多组元非晶合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照如权利要求1所述具有高热稳定性的锆基多组元非晶合金的成分表达式进行配料；

步骤二、在惰性气体的保护下，采用电弧熔炼炉将步骤一配置的原料熔炼成合金液体并冷却，熔炼的真空度不高于9.5×10^-3Pa，经3-5次熔炼制成母合金锭；

步骤三、将步骤二制得的母合金锭再次熔化，熔化后待温度为500-1200℃时，在惰性气体的保护下采用单辊急冷法制备合金条带或采用铜模吸铸或喷铸法制备合金棒材。