[发明专利]一种拥有优异非晶形成能力的高温块体非晶合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种拥有优异非晶形成能力的高温块体非晶合金及其制备方法和应用，本发明通过研究Ir‑Ta‑Ni快速凝固时所析出晶态相的组成，从抑制合金熔体凝固时产生的晶态相入手，基于相似竞争机制，针对晶态相的组成元素，有选择性地添加相似元素，削弱了晶态相中元素间强烈地作用，抑制了晶态相的析出，从而提升了合金的非晶形成能力，研制出了临界非晶形成尺寸较大的Ta‑Ir‑Ni‑SE合金系，有效解决了非晶合金临界尺寸小的问题，同时也有效降低了合金的原料成本，本发明所制备的高温非晶合金可广泛应用于制备手机或高档腕表的部件、微/纳米机械、精密光学器件以及医用器材等领域。

技术领域

本发明涉及非晶合金技术领域，更具体地，涉及一种拥有优异非晶形成能力的高温块体非晶合金及其制备方法和应用。

背景技术

非晶合金，一般是利用合金熔体快冷来制取，在快冷条件下，原子来不及进行三维周期性排布而被“冻结”，形成长程无序、短程有序的独特排布方式。晶态合金内部的原子在三维空间呈长周期有序排列，相比之下，非晶合金的内部原子排列具有“长程无序，短程有序”的特点，所以决定了非晶合金具有一系列独特性能，如良好的耐蚀性、高达2％的弹性极限、高强度(GPa量级)、良好的耐磨性、近净成形能力等优异性能。

自薄片状Au-Si非晶合金被Caltech的Duwez教授发现以来，在一段时期内，非晶合金样品的形态局限于一维线材与二维带材，直至1974年Bell实验室的Chen首次制备出毫米级Pd基块体非晶合金，才将非晶合金样品由二维突破至三维，但合金有限的非晶形成尺寸(1～2mm)仍是制约块体非晶合金走向应用的首要问题。经过几十年的努力，目前已发展出了非晶临界尺寸达厘米级的合金体系—La基、Zr基、Ti基、Mg基、Cu基、Fe基、Pd基以及Ni基等，其中Zr基块体非晶合金已在军工、民用两个方向得到应用。上世纪末，Nokia公司率先将Zr基非晶合金应用到其生产的Virtue手机，开启了非晶合金器件作为手机部件在民用领域应用的大门；美国军方为彻底解决贫铀穿甲弹残余辐射的影响，斥资于Caltech的Johnson组用以开展非晶合金复合穿甲弹的研究。

结合块体非晶迥异于晶态金属的特性，其主要应用主要集中在以下几个方面，第一，非晶合金的高强度、高弹性模量等优异性能以及制备器件时所具备的近净成形能力，备受手机、高档腕表等商品制造商的青睐，大多手机部件如摄像头框架、取卡针、折叠屏用的合金铰链等均采用非晶合金制备，同时也受到医疗器械制造商的关注，研制了非晶合金制手术缝合针、手术刀等医用器材；另外还可以用于制备精密光学器件；第二，随着科学与技术的发展，微/纳米机械已日渐引起人们的关注，有望成为未来的经济增长点之一，传统的晶态合金的原子排列在三维空间上呈长周期排列，由于晶体取向的问题致使采用晶态合金制备的微/纳米器件的力学性能呈现各项异性，严重影响器件寿命，而采用非晶合金的原子排布在三维空间却呈“长程无序，短程有序”，在微米、纳米尺度上仍具有各项同性，因此非晶合金是制备微/纳米器件的理想材料。第三，块体非晶合金也是研制无放射污染且性能优异的新型穿甲弹的首选材料，因为块体非晶合金压缩时，一方面具有GPa级别的强度，另一方面，其断裂方式表现为呈近45°剪切断裂，具有“自锐性”，目前，已经研制出了可替代贫铀穿甲弹的Zr基非晶合金复合钨的新型穿甲弹，彻底解决了贫铀弹的残余辐射问题。