[发明专利]一种低成本宽过冷液相区锆基非晶合金

说明书

技术领域

本发明属于非晶合金技术领域，涉及一种低成本宽过冷液相区的锆基非晶合金。

背景技术

大块非晶合金作为一种新型材料，由于其特殊的原子排列结构，使得他们具有比晶态材料更加优异的力学、物理以及化学性能，例如高强度、高断裂韧性、高的弹性极限、低的弹性模量以及优异的耐腐蚀性能等，使得非晶合金在许多领域具有巨大的应用潜力，如机械、电子、化工、生物医疗、航天航空和军事领域等。

锆基非晶合金的优良性能和极高的玻璃形成能力以及低的临界冷却速度，是非晶合金体系中最具有应用价值的高强度结构材料。但在以往锆基非晶合金制备过程中，大都采用高纯度的金属材料，增加了锆基非晶合金的制备成本，从而使得它的实际应用成本也加大，阻碍了它的实际应用。

且过冷液相区宽度△T_x是块体非晶合金热塑性成形能力的量度，其数值越大，过冷液体就具备更高的热稳定性，块体非晶就可以在更宽温度和更长时间范围内进行热塑性加工成形。

大块非晶的制备工艺存在着一大难点，就是制备非晶时一般都是用纯度在99.99%以上的纯金属配制而成，制备原料的纯金属价格比较昂贵，影响了其工业应用的研究与发展。目前所报道的制备大块非晶合金的原材料的纯度一般是在4N以上，采用高纯度原材料的原因如下：1）由于在这方面的研究用料比较少，所以，纯度高的原材料，可以使合金成分较为明确，同时也易于理论上进行理论上的研究和分析；2）采用纯度高的原材料，可以减少歪理啊质点的影响，尽可能的避免异质形核，造成较大的过冷度。如果可以用2N的工业纯度的原材料即可制备出大块非晶合金，其成本可以成数量级的降低，因而可以进一步加大其工业实际应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种锆基非晶合金，通过适当的成分设计，开发出具有强玻璃形成能力且具有宽过冷液相区的块体非晶合金，解决现有锆基非晶合金制备成本高的问题。

本发明的原理是：为了降低锆基非晶合金的制备成本，以增大合金的实际应用范围，提供一种Zr-Ti-Cu-Be-Nb-Ta块体非晶合金，以此来提高锆基非晶合金的非晶形成能力。

本发明的技术解决方案为：一种低成本宽过冷液相区的锆基非晶合金，其合金元素原子百分比表达式为Zr_aTi_bCu_cBe_dNb_eTa_f，其中32≤a≤38，27≤b≤33，6≤c≤10，25≤d≤29，0≤e≤3，0≤f≤0.5，且e、f不同时为零，a+b+c+d+e+f=100。这一系列非晶合金不仅制备成本低，且具有宽的过冷液相区，过冷液相区范围为160℃左右。

一种低成本宽过冷液相区的锆基非晶合金，所述合金采用铜模铸造法或水淬法制备。

其中水淬法包括以下制备步骤：

步骤1、母合金制备：将块状工业纯度的纯金属Zr、Ti、Cu、Be、Nb、Ta按选定的原子成分配比，在高纯Ar保护气氛中非自耗熔炼成均匀的母合金铸锭；

步骤2、非晶合金制备：将母合金铸锭粉碎装入石英玻璃管，抽真空至10^-3Pa后封装，在电阻炉中加热到高于合金熔点200K保温1h，使之再熔化，混合均匀，最后进行水淬，获得选定成分的块体非晶合金。

铜模铸造法包括以下制备步骤：

步骤1、母合金的制备：将Zr、Ti、Cu、Be、Nb、Ta按设计成分中的原子百分比，转化成重量百分比之后进行配料，各种金属原料的纯度皆为工业纯度。先调节冶炼炉真空室的真空度至2*10^-3Pa~5*10^-3Pa，然后充高纯氩气使真空室的真空度至0.1*10⁵Pa~0.8*10⁵Pa，再放入原料进行熔炼。母合金熔炼时，熔炼过程过程需反复进行3~5次；熔炼混合均匀后进行冷却，得到母合金铸锭；

步骤2、非晶合金样品制备：使用常规金属型铸造法，将步骤1制得的母合金铸锭重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置，将母合金熔体吸入水冷金属铜模中，得到非晶合金。

本发明与现有的制备工艺条件相比，其显著优点是：

1、显著降低了制备非晶合金的成本：以往制备非晶合金时需采用纯度高达99.99%甚至99.9999%的纯金属原材料，本发明的合金体系制备时只需工业纯度的纯金属原材料即可，大大降低了制备非晶合金的制备成本，提高非晶合金的实际应用范围；

2、该体系非晶合金，具有较低的弹性模量，具有良好的塑性；