[发明专利]一种锆基非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆基非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶金属材料由于具有长程无序而短程有序的特殊结构，因而具有高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性、较大的弹性极限和高电阻性等优越的性能，而且还表现出优良的超导性和低磁损耗等特点(W.L.Johnson，Bulk-Forming Metallic Alloys：Science and Technology，MRS BULLETIN，OCTOBER 1999，P42-P56)。因此非晶金属材料被公认为最有潜力的新型结构材料，从而广泛应用到机械、IT电子、军工等多项领域。大块非晶材料的出现，极大地促进了非晶材料的研究和应用。

但是，非晶材料自身的一些弱点，也限制了它的应用。非晶材料由于自身结构的特殊，在承受载荷的时候不像晶态材料内部可以产生各种变形机制来抵抗变形，所以在应力达到断裂强度时会发生突然断裂，导致灾难事故的发生，严重制约了非晶态材料在结构材料领域的应用。根据现有文献报道，改善非晶态材料的塑性已经成为目前该领域研究的热点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的锆基非晶合金的塑性较差的缺点，提供一种具有较高的塑性的锆基非晶合金及其制备方法。

本发明的发明人发现，锆基非晶合金的塑性较差的原因在于，在非晶合金的制备过程中没有严格地控制氧含量，使得无法有效地提高锆基非晶合金的塑性应变。本发明的发明人还发现，在制备锆基非晶合金的过程中，通过控制合金原料的氧含量、真空条件、以及加热熔融的时间，可以显著地提高锆基非晶合金的塑性应变。

本发明提供了一种锆基非晶合金，该锆基非晶合金包括如式所示的组成：

(Zr_aM_1-a)_100-xO_x

其中，a表示Zr的原子数与Zr和M的原子总数的比例，a的范围为0.1-0.9；

M表示选自过渡元素及IA族元素和IIA族元素中的至少一种；

x表示氧的原子数，x的范围使该锆基非晶合金的塑性应变为0.5-20％。

优选情况下，x的范围为0.04-0.4。

本发明还提供了所述锆基非晶合金的制备方法，该方法包括在真空条件下将合金原料加热熔融和冷却成型，所述合金原料包括Zr和M，Zr和M的加入量满足Zr_aM_1-a表示的各组分的比例，其中，a表示Zr的原子数与Zr和M的原子总数的比例，a的范围为0.1-0.9，M表示选自过渡元素及IA族元素和IIA族元素中的至少一种；其中，通过控制合金原料的氧含量、真空的绝对压力、以及加热熔融的时间，来控制得到的锆基非晶合金的氧含量，从而使锆基非晶合金的塑性应变为0.5-20％。

本发明通过控制合金原料的氧含量、真空条件、以及加热熔融的时间，能够有效地控制锆基非晶合金的氧含量，从而显著提高了锆基非晶合金的塑性应变。

附图说明

图1表示实施例1-3和对比例1-3制得的锆基非晶合金的应力-应变曲线；

图2为实施例1-3和对比例1-3制得的锆基非晶合金的XRD图谱。

具体实施方式

本发明提供的锆基非晶合金包括如式所示的组成：

(Zr_aM_1-a)_100-xO_x

其中，a表示Zr的原子数与Zr和M的原子总数的比例，a的范围为0.1-0.9；

M表示选自元素周期表过渡元素及IA族元素和IIA族元素中的至少一种。

x表示氧的原子数，x的范围使该锆基非晶合金的塑性应变为0.5-20％。

x的范围只要使锆基非晶合金的塑性应变在本发明的范围内即可。

对于组成不同的锆基非晶合金，x的优选范围可能会有所不同，例如，当M为Hf、Ti、Cu、Ni和Be时，x优选为0.01-0.5，更优选为0.01-0.2；当M为Hf、Al、Cu和Ni时，x优选为0.01-0.2，更优选为0.01-0.15；

a的范围优选为0.3-0.7。