[发明专利]一种锆基非晶合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Zr基非晶合金及其制备方法，目的在于解决目前Zr基非晶合金在工业条件下非晶形成能力及机械性能较差的问题，该合金的组成为：(Zr_aHf_bCu_cNi_dAl_e)_100‑xO_x，a、b、c、d、e、x为原子百分比，其中：49≤a≤55，0.05≤b≤1，31≤c≤38，3≤d≤5，7≤e≤10.5，0.05≤x≤0.5。以合金体积为准，该Zr基非晶合金在浇铸成为直径为12‑16mm、长度为60mm的棒状样品时，其非晶含量为40％‑95％，其强度达到1800MPa以上，断裂韧性高于90KPam^1/2。

技术领域

本发明涉及一种具有较高非晶形成能力及优良机械性能的Zr基非晶合金及其制备方法。

背景技术

自非晶合金发现以来，经过几十年的研究探索，目前已经发展出了如Zr基、Cu基、Fe基、Ti基、稀土基等诸多非晶合金体系。其中Zr基非晶合金拥有高强度、高弹性、优良的耐腐蚀性以及良好的成型能力等特点，并被认为由于这些优异性能的存在，Zr基非晶合金应该有着巨大的应用前景。

Zr基大块非晶合金被认为是一种21世纪的新材料，其可应用的范围是目前重量在100g以下由钢、钛、铝等传统金属材料所制造的复杂零件。传统的钢铁、铝合金、镁合金等金属材料制成的复杂零件往往需要许多加工步骤，虽然原料成本较低，但加工成本非常高昂。然而Zr基非晶合金除了具有高强度、高弹性等一系列优异的机械性能外，还具有凝固过程中收缩率小、表面光洁程度极高、充模能力好等特点。这些特点使得Zr基非晶合金可以通过压铸工艺一步成型，直接获得形状复杂并且尺寸精确的零部件，大幅度减少了加工步骤及成本，这也是Zr基非晶合金在工业应用中的优势所在。但是这种优势却被Zr基大块非晶合金在工业高氧、高杂质的环境下其非晶形成能力大幅度下降、机械性能大打折扣、良品率低的缺点所抵消，使其无法满足市场的要求，产业化的速度极为缓慢。因此解决在Zr基大块非晶合金产业化过程中遇到的问题成为未来Zr基大块非晶合金广泛应用的前提条件。

在以往，解决Zr基大块非晶合金在工业生产条件下氧含量过高的方法通常是向合金中添加稀土元素，利用稀土元素作为“除氧剂”，中和合金中的氧，使得其非晶形成能力得以保持。然而这种方法会使氧化物析出并夹杂在合金中，进而破坏合金的力学性能。因此发明不含稀土元素并且在高氧含量下具有优良的非晶形成能力及机械性能的Zr基非晶合金是未来推动其大规模应用的唯一途径。

发明内容

本发明针对现有Zr基非晶合金在高氧含量下非晶形成能力较差的问题，提供了一种适用于高氧含量的Zr基非晶合金及其制备方法。

本发明提供了一种Zr基非晶合金，该合金的组成为：(Zr_aHf_bCu_cNi_dAl_e)_100-xO_x，a、b、c、d、e、x为原子百分比，其中：49≤a≤55，0.05≤b≤1，31≤c≤38，3≤d≤5，7≤e≤10.5，0.05≤x≤0.5。以合金体积为准，该Zr基非晶合金在浇铸成为直径为12-16mm、长度为60mm的棒状样品时，其非晶含量为40％-95％，其强度达到1800MPa以上，断裂韧性高于90KPam^1/2。