[发明专利]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。

当前非晶合金多采用锆、Ti、Al、Mg等活泼金属制备而成，由于非晶合金材料具有独特的非晶态组织结构，通常具有高强度、高硬度、低导热系数、韧性值低、耐摩擦的材料特征，同时具有室温延展性不足，因此导致非晶合金在使用过程中意外的碰撞摩擦多会产生高能量的细小摩擦颗粒而引起火花现象，虽然产生的火花能量非常小，不会引起非晶合金本身的自燃，也不足以引燃普通的易燃物质，如纸屑、棉絮、纺织物等日常用品，也不会灼伤人体的皮肤，但在特殊工况条件下，却受到极大地使用限制，如煤炭行业、防爆工具行业。

因此，如何消除或降低非晶合金在应用过程产生的火花，是扩大非晶合金应用领域的重要障碍。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

材料表面经过撞击、摩擦等，会有细小碎屑溅出，有些碎屑吸收到了一定的能量，会发生氧化还原反应，进一步放出能量，出现发光现象，即为火花。火花能量的大小与火花的大小、摩擦或撞击程度、材料本身属性有关系；而火花能否引燃或引爆易燃物则与以下因素有关：火花直径、火花热能、火花停留时间、火花材料性能。

本发明人等经研究发现，导热系数比较大的材料则不利于火花的产生，如铜或铜合金、铝或铝合金，大的导热系数会将撞击或摩擦过程中产生的能量快速传递出去，转化为热能，则火花自然不容易产生。同时，硬度降低的材料则不利于产生火花，如铜或铜合金、铝或铝合金，硬度较低的材料在摩擦或撞击过程中通过塑性变形会吸收能量，从而降低火花的产生。

为此，本发明的一个目的在于提供一种不易于产生火花的锆基非晶合金。

本发明的另一个目的在于提供一种锆基非晶合金的制备方法。

根据本发明第一方面实施例的锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组份符合下述化学式（I）：

(Zr,Hf)_aM_bN_cBe_d（I）

其中M表示过渡族元素中的一种或多种，N为Al或Ti元素中的一种，a、b、c、d为原子百分数，40≤a≤70，10≤b≤40，5≤c≤20，5≤d≤25，0.01atm%≤Hf/Zr≤5atm％，且a+b+c+d=100。

根据本发明实施例的锆基非晶合金，通过在现有的锆基非晶合金中加入Be元素和Hf元素，大大降低或消除了非晶合金在碰撞过程中产生的火花，使得非晶合金在易燃易爆的环境中的得以应用，并且具有低成本的特征，易于工业化生产制造。

另外，根据本发明实施例的锆基非晶合金的制备方法还可以具有如下区别技术特征：

根据本发明的一些实施例，M为Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Y、Nb、Ag、Ti中的一种或多种。

根据本发明的一些实施例，所述锆基非晶合金中含有低于2atm%的杂质。

根据本发明第二方面实施例的锆基非晶合金的制备方法，所述锆基非晶合金的组份符合下述化学式（I）：

(Zr,Hf)_aM_bN_cBe_d（I）

其中M表示过渡族元素中的一种或多种，N为Al或Ti元素中的一种，a、b、c、d为原子百分数，40≤a≤70，10≤b≤40，5≤c≤20，5≤d≤25，0.01atm%≤Hf/Zr≤5atm％，且a+b+c+d=100,

所述制备方法包括以下步骤：a)分别按照上述化学式（I）的组成称取金属Zr、Hf、M、N及Be并混合，得到混合物料；b)将所述混合物料置于熔炼炉中在真空或惰性气氛下进行冶炼，得到熔体；c)将所述熔体进行铸造，得到所述锆基非晶合金。