[发明专利]一种锆基非晶合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锆基非晶合金材料及其制备方法，其中锆基非晶合金的组分为Zr_aCu_bNi_cAl_dNb_eM_f，其中：a、b、c、d、e、f为原子百分数，50≤a≤70，10≤b≤50，1≤c≤10，0.25≤d≤3.75，0.75≤e≤11.25，0.01≤f≤5，且a+b+c+d+e+f＝100；M为稀土元素中的至少一种；该材料的制备方法包括如下具体步骤：S1、配料；S2、母合金熔炼，并采用铝铌合金作为中间合金；S3、材料成型；制备所得的材料全面提升了锆基非晶合金的力学性能，实现了在保证合金体系非晶形成能力和热稳定性的情况下，有效提高合金的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种锆基非晶合金材料及其制备方法，属于非晶合金材料技术领域。

背景技术

非晶态金属或合金是指物质从液态(或气态)急速冷却时，因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列的凝聚状态，其原子不再呈长程有序、周期性和规则排列，而是处一种长程无序排列状态。区别于传统的合金材料，非晶合金不存在晶粒、晶界，亦不存在位错、滑移等晶格缺陷，可以应用于高档电子产品、体育用品、奢侈品、航空航天等。

在非晶合金内部，其原子呈无序排列的状态，因而相对于传统合金材料，由非晶合金配方改变而引起的性能的改变可预见性极低。尽管现有技术中开发出的Zr基非晶合金形成能力佳、加工性能好，但是在实际应用过程中仍旧存在一些不可忽视的问题，如硬度偏低，材料整体偏软难以替代传统的合金材料，因而亟待进一步研发改进。

发明内容

针对上述现存的技术问题，本发明提供一种锆基非晶合金材料及其制备方法，以全面提升锆基非晶合金的力学性能，增加硬度、拉伸强度、屈服强度以及弯曲强度等。

为实现上述目的，本发明提供一种锆基非晶合金材料，组分式为Zr_aCu_bNi_cAl_dNb_eM_f，其中：a、b、c、d、e、f为原子百分数，50≤a≤70，10≤b≤50，1≤c≤10，0.25≤d≤3.75，0.75≤e≤11.25，0.01≤f≤5，且a+b+c+d+e+f＝100；M用于表示稀土元素，所述稀土元素为La、Ce、Nd、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的至少一种。。

上述技术方案中，在锆基非晶合金材料中，添加了铜元素，有利于提升锆基非晶合金的力学性能；添加了金属元素Nb，有利于增加锆基非晶合金的热稳定性，提升锆基非晶合金的成型能力；添加了稀土元素，有利于增加原子间的电负性差，提高锆基非晶合金发热稳定性，并抑制晶体的生长。并且，本发明Zr-Cu-Ni-Al-Nb-M体系中，各个元素的组合以及配比，能够实现在保证合金体系非晶形成能力和热稳定性的情况下，有效提高合金的力学性能。

优选的，本发明锆基非晶合金材料的组分式为Zr₅₅Cu₂₅Ni₅Al_2.5Nb_7.5M₅。

上述技术方案中，通过调整Zr-Cu-Ni-Al-Nb-M体系中各个元素的配比，尤其是Zr与Cu的原子百分比，能够有利于形成稳定的非晶结构态，得出Zr₅₅Cu₂₅Ni₅Al_2.5Nb_7.5M₅对增强锆基非晶合金的断裂强度、塑性和硬度的综合效果最佳。

进一步的，本发明锆基非晶合金材料的临界成形尺寸为12-15mm。

并且，本发明还提供一种上述锆基非晶合金材料的制备方法，包括如下具体步骤：