[发明专利]高强度兼具良好室温塑性的铁基块体金属玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能金属材料技术领域，具体涉及一种铁基块体金属玻璃及其制备方法。

背景技术

块体金属玻璃是上世纪80年代末发展起来的一类新型亚稳材料，它是通过快速凝固技术来抑制合金熔体的形核和长大，而直接“冻结”获得类似玻璃结构的金属材料。因其特殊的原子结构排列使得其在诸多方面具有比常规晶态材料更优异的力学、物理、化学及精密成型性能，在未来的机械，电子，化工，航空航天和军事领域等呈现了广阔的应用前景。

与其它体系相比，铁基块体金属玻璃具有较高的强度，良好的软磁性能等优点，展现出良好的商业价值。然而，与某些具有一定压缩塑性变形能力和断裂韧性的金属玻璃相比，铁基块体金属玻璃室温脆性严重，无论是在压缩还是拉伸条件下，其室温塑性应变都接近为零，是典型的脆性金属玻璃，这极大地限制铁基块体金属玻璃的实际应用。此外，当前制备铁基块体金属玻璃采用的原材料通常为昂贵的高纯金属和类金属元素，这在一定程度上造成制备成本的偏高，阻碍了铁基块体金属玻璃的实际工程应用。

铁基块体金属玻璃自1995年由日本的Inoue等开发至今也仅仅十多年的时间，前十年里主要集中在对其软磁性能的研究，而近几年的时间才开始重点关注对其室温塑性的研究。2006年，美国维吉尼亚大学Poon等在Critical Poisson's ratio for plasticity in Fe–Mo–C–B–Ln bulk amorphous steel（APPLIED PHYSICS LETTERS; Volume:88; Pages:5211905; Published: 20 November 2006）一文中报道了向Fe₆₅Mo₁₄C₁₅B₆非晶钢里添加稀土Er，获得了当时室温塑性变形能力最好的Fe基块体金属玻璃（0.8%）；他们发现Fe基金属玻璃韧脆转变存在一个临界泊松比，当其泊松比接近0.32时，合金发生明显的塑性变形。2007年，清华大学姚可夫等在Fe-based bulk metallic glass with high plasticity（APPLIED PHYSICS LETTERS; Volume: 90; Pages: 061901; Published: February 2007）一文中报道了采用玻璃包覆提纯技术和水淬法，将Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆的玻璃形成能力提高至1.6mm的同时，发现其具有良好的室温塑性（5.2%），但该方法制备工艺较为复杂。随后，Gu等在Ductility improvement of amorphous steels: Roles of shear modulus and electronic structure（Acta Materialia；Volume: 56；page：88–94； Published online: 24 October 2007）一文中报道了在FeCrMoPCB金属玻璃系里可获得室温压缩塑性达3.6%的铁基合金，并发现Fe基块体金属玻璃的室温塑性与其剪切模量密切相关。中科院金属所王建强等在Ductile Fe–Nb–B bulk metallic glass with ultrahigh strength（APPLIED PHYSICS LETTERS; Volume: 92; Pages: 251906; Published: 23 June 2008）一文中报道了一种高强度兼具一定室温压缩塑性（1.6%）的三元Fe₇₁Nb₆B₂₃块体金属玻璃；然而，该玻璃合金形成能力较低，即使采用高纯原料制备，其临界直径也仅为1.5mm。