[发明专利]一种高锆含量的锆基非晶合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高锆含量的Zr基非晶合金及其制备方法，目的在于解决目前Zr基非晶合金在工业条件下非晶形成能力及机械性能较差的问题。所述Zr基非晶合金的组成为：(Zr_aCu_bNi_cTi_dAl_eO_f)_100‑xY_x，a、b、c、d、e、f、x为原子百分比，其中：60≤a≤65，21≤b≤26，1≤c≤3，1≤d≤3，8≤e≤12.5，0.1≤f≤0.3，0.5≤x≤1。该Zr基非晶合金与传统非晶合金相比较，在保证了非晶形成能力的同时，提高了非晶合金的机械性能，其强度可达到1600～1800MPa，在浇铸成1mm厚板材时仍能弯曲至120度不断裂。

技术领域

本发明涉及一种高锆含量的Zr基非晶合金，具体提供一种具有较高非晶形成能力及优良的机械性能的非晶合金体系及其制备方法。

背景技术

非晶合金是由熔融的母合金超急冷凝固形成的一种金属材料，其原子在凝固过程中来不及按周期排列，故形成了长程无序的非结晶状态，与通常情况下金属材料的原子排列呈周期性和对称性不同，它没有晶态合金的晶粒、晶界存在，因而称之为非晶合金。非晶合金被称为是冶金材料学的一项革命，和普通晶态金属与合金相比，非晶态金属与合金具有较高的强度、硬度和韧性，且具备良好的磁学性能、抗腐蚀性能、耐磨性能以及高电阻率和机电耦合性能等优异特性，通常又称之为金属玻璃或玻璃态合金。非晶合金可部分替代硅钢、玻莫合金和铁氧体等软磁材料，且综合性能高于这些材料。由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始便成为国内外材料科学界的研究开发重点。

自非晶合金发现以来，经过几十年的研究探索，目前已经发现了如Zr基、Cu基、Al基、Fe基、Pd基、Ni基、Ti基、Mg基、稀土基等诸多体系的非晶合金体系。1990年左右，日本的Inoue教授及美国的Johnson教授在Zr合金体系中发现了达到毫米级以上的“大块非晶合金(Bulk Metallic Glass)”。这些合金具有很低的玻璃临界冷却速率，使得形成非晶的临界尺寸达到1mm以上。临界冷却速率的降低使得采用一般的铸造方法制备具有非晶结构的工业应用构件成为可能，这为非晶合金作为结构材料而应用提供了前提条件。此外，由于Zr基非晶合金具有高强度、高硬度及高断裂韧性等特点，人们已经开始尝试针对其不同的性能将其在不同的领域进行应用，比如：其具有的高强度及高弹性极限性能使其应用在体育用品中，其低弹性模量的特征使其成为压力感应装置的好选择，利用其流动性好的特点应用于电子产品，此外在国防军工领域，由于非晶合金在侵彻金属时具有自锐性，这使得其成为制备各种武器战斗部的理想材料等等。

然而Zr基非晶合金在工业中的应用仍受到几个因素的制约：首先，目前Zr基非晶合金对于原材料纯度的要求很高，这造成了其工业生产成本较高；并且非晶合金的制备工艺过程中对真空度的要求高，过窄的工艺窗口造成了设备及生产成本的大幅度增加；最后，Zr基非晶合金重复浇铸性差，重熔后非晶形成能力及机械性能大幅度下降，这一方面也增加了Zr基非晶合金的生产成本。这些因素主要是由于氧元素对于非晶合金的非晶形成能力以及机械性能有着致命性的破坏作用，然而在工业生产中，氧含量的增加是无法避免的。那么如何在氧含量居高不下的情况下提高Zr基非晶合金的非晶形成能力以及保持其优良的机械性能就成为首要问题。