[发明专利]轻型构件铸造用块体非晶合金及其加工方法

说明书

本发明提供了一种非晶合金，其组成为Zr_aCu_bTi_cAl_dFe_eY_fM_g，其中a、b、c、d、e、f、g为合金元素组分的原子百分比；其中，各元素组分的原子百分比取值范围为：45≤a≤62、12≤b≤26、8≤c≤20、15≤d≤25、2≤e≤15、0.1≤f≤3、0.2≤g≤2。本发明中还提供了一种简单、快捷的块体非晶合金的成型加工方法，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于非晶态合金及其加工方法的技术领域，具体涉及一种适宜轻型构件在铸造工艺中使用的块体非晶合金，以及其所涉及的加工方法。

背景技术

非晶态合金（以下简称“非晶合金”）由于具有独特的无序结构，从而兼有一般金属和玻璃的特性。从上个世纪70年代开始，对非晶合金的应用研究逐渐蓬勃开展，得到了许多不同体系的非晶合金，同时积累了非晶合金材料在基础研究以及工程应用中的大量数据。尽管非晶合金已经在不少领域得到应用，但是由于非晶合金的形成需要极高的冷却速率，使得合金呈现出的是很薄的条带状或者丝状的形状，从而限制了 非晶合金的应用范围。数十年以来，寻找形成能力高的块体非晶合金（也称BMG材料，Bulk Metallic Glass）成为非晶合金领域科学家们所追求的目标。Turnbull根据经典形核理论提出利用玻璃态转变温度T_g与合金熔化温度T_m的比值T_rg来描述合金系的非晶形成能力，如果T_rg的值大于2/3，则合金在过冷液相区的均匀形核速率变得很低，从而可获得形成能力高的块体状的非晶合金。

随着块体非晶材料（BMG材料）的发展，非晶合金逐渐推广应用至特殊的结构制件中。结构制件是指以材料的某些机械或者力学性能为主要应用指标的一类工程材料，所述机械或者力学性能包括但不限于材料的屈服强度、断裂强度、断裂韧性、塑性延伸率、弹性模量、疲劳性能等关键指标。对于材料的选用来说，单一的强度或者韧性指标与材料的基础性能相符，但是对于复杂结构的特殊性能要求，如密度问题、抗腐蚀性问题等等，就需要在特定系列合金的基础上进行再开发和利用。

现有技术中的块体非晶合金以铁基和锆基为主要的应用体系，具有高弹性、高硬度等优点，但是铁、锆的密度决定了现有的非晶合金密度较大，从而导致非晶合金在薄型化、小型化构件设计领域没有绝对的优势。如果能够开发出其他性能特征无明显下降、密度更低的新型非晶合金，那么在轻型构件领域，非晶合金的应用市场将得到进一步的拓展。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于薄型化、小型化构件的块体非晶合金，旨在解决现有技术中的非晶合金材料的形成能力与密度无法达到小型复杂构件轻量化设计的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种非晶合金，合金组成为Zr_aCu_bTi_cAl_dFe_eY_fM_g，其中a、b、c、d、e、f、g为合金元素组分的原子百分比；

其中，各元素组分的原子百分比取值范围为：45≤a≤62、12≤b≤26、8≤c≤20、15≤d≤25、2≤e≤15、0.1≤f≤3、0.2≤g≤2；

其中，M元素为Si或者B。

进一步优选，所述非晶合金元素组分的原子百分比取值范围为：48≤a≤60、12≤b≤20、10≤c≤20、15≤d≤22、2≤e≤8、0.1≤f≤2、0.2≤g≤2。

再进一步优选，所述非晶合金元素组分的原子百分比取值范围为：50≤a≤55、12≤b≤18、12≤c≤18、15≤d≤20、3≤e≤5、0.5≤f≤2、1≤g≤2。

进一步地，当M选择为B时，其原子百分比在1.0~1.5范围内。