[发明专利]一种非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶合金出现于上个世纪六十年代，最初的非晶合金由于临界尺寸(形成非晶的最大尺寸)只能达到微米级，而难以得到实际应用，但高强度、高硬度、耐腐蚀及优异的高温流动性等材料性能吸引了广大科研工作者而广为研究，并不断开发出大临界尺寸并适于工业化生产的非晶合金，其临界尺寸逐渐从微米级发展到毫米级甚者可达到厘米级，通常情况下把临界冷却速率小于500℃/s，临界尺寸大于1mm的非晶合金称为大块非晶合金，大块非晶合金的出现为工业化生产提供了可能。

但非晶合金的非晶形成能力很容易受到非金属元素或杂志元素的影响，导致非晶合金临界尺寸的大幅减小甚至无法形成非晶，尤其氧氮等非金属气体元素会大幅恶化临界尺寸【Weihua Wang，Progress in Materials Science，Volume 52，Issue 4，May 2007，Pages 540-596】，因此通常情况对原材料的纯度要求非常苛刻，对冶炼环境的要求也非常研究，甚至需要高真空的制备条件【C.T.Liu etc，Metallurgical and materials transaction A，1998，Vol29A，P1811-1820】，由此大大增加了生产成本，并难于工业化生产。

另外，虽然Peker和Johnson研究开发的Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金体系【US 5288344】及Yong Zhang等人【US 6682611B2】开发的Zr-M-N-Y等合金体系，既具有良好的非晶合金临界尺寸，又降低了对原材料纯度及制备条件的要求，尤其可以有效的降低氧含量，但合金中含有大量的Be、Y等贵重金属，导致高昂的生产成本和使用成本，限制了非晶合金的推广应用。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种非晶合金。

本发明的另一个目的在于提出一种非晶合金的制备方法。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面实施例的非晶合金的化学式为Zr_aCu_bAl_cM_dN_e，其中M表示选自Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf、Ta、Nb及稀土元素中的一种或多种，N表示Ca、Mg、C元素中的一种或多种，a、b、c、d、e分别表示原子百分数，40≤a≤70，15≤b≤35，5≤c≤15，5≤d≤15，0≤e≤2，且a+b+c+d+e＝100。

根据本发明实施例的非晶合金，通过在其中添加钙、镁、碳元素有效的降低或消除了贵重金属的使用量，而且钙、镁、碳元素的添加有效地抑制了非晶合金中氧、氮等非金属元素的含量，改善了非晶合金的临界尺寸及机械性能，从而更适合工业化生产的推广。此外，由于钙、镁、碳元素的添加，使得对非晶合金原材料纯度的要求有所降低，有利于降低生产成本。

另外，根据本发明上述实施例的非晶合金还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述非晶合金中含有原子百分数为2％以内的杂质元素。

根据本发明的一些实施例，所述非晶合金中含有体积百分比50％以上的非晶相。

根据本发明的一些实施例，所述非晶合金的临界尺寸大于1mm。

根据本发明的一些实施例，所述非晶合金中的氧和氮的浓度分别小于1000ppm。

此外，根据本发明第二方面实施例的非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

a)按预定配比提供非晶合金母体和添加物；

b)在真空及惰性气体条件下对所述非晶合金母体和所述添加物进行冶炼，得到混合熔体；以及

c)将所述熔体进行铸造冷却，得到非晶合金。

根据本发明第二方面实施例的非晶合金的制备方法，通过添加添加物，有效地降低或消除了贵重金属的使用量，而且还可以有效地抑制非晶合金中氧、氮等非金属元素的含量，改善非晶合金的临界尺寸及机械性能，从而更适合工业化生产的推广。此外，由于添加物的添加，使得对非晶合金原材料纯度的要求有所降低，有利于降低生产成本。

根据本发明的一些实施例，在所述步骤b)中，所述冶炼具体为：将所述非晶合金母体与所述添加物进行混合并同时冶炼，得到所述混合熔体。