一种高W含量Ni基非晶合金及其制备方法技术

一种高W含量Ni基非晶合金及其制备方法。非晶合金成分按原子分数计，包括：Ni 60～69％，W 17～22％，Nb 0～8％，B 13.5％；制备主要步骤为：按照成分配比并均匀混合原始粉末，经压制、预烧固结成形，采用真空电弧熔炼制备母合金铸锭，用真空甩带机制备非晶合金条带。本发明专利技术非晶合金成分相对简单，无贵金属成分，成本较低，并且依然具有较高的晶化温度和显微硬度，其晶晶化温度782～851K，显微硬度高8.5～11.2GPa，在摩擦和耐腐蚀材料方面具有广阔的应用前景，本发明专利技术采用粉末预烧坯体电弧熔炼，能耗降低，所制备的高W含量Ni基非晶合金具有晶化温度高、热稳定性好，硬度高，成分简单、可控性好，成本低等优点，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】。非晶合金成分按原子分数计，包括：Ni 60～69％，W 17～22％，Nb 0～8％，B 13.5％；制备主要步骤为：按照成分配比并均匀混合原始粉末，经压制、预烧固结成形，采用真空电弧熔炼制备母合金铸锭，用真空甩带机制备非晶合金条带。本专利技术非晶合金成分相对简单，无贵金属成分，成本较低，并且依然具有较高的晶化温度和显微硬度，其晶晶化温度782～851K，显微硬度高8.5～11.2GPa，在摩擦和耐腐蚀材料方面具有广阔的应用前景，本专利技术采用粉末预烧坯体电弧熔炼，能耗降低，所制备的高W含量Ni基非晶合金具有晶化温度高、热稳定性好，硬度高，成分简单、可控性好，成本低等优点，具有广阔的应用前景。【专利说明】一种高W含量N i基非晶合金及其制备方法
本专利技术涉及。属于非晶合金材料制备
。
技术介绍
与普通晶态金属材料相比，非晶合金具有强度高、韧性好、耐蚀性高、抗腐蚀性能强以及在一定温度下的超塑性等优点，成为极具应用潜力的新材料。但是，当温度超过晶化温度时，非晶态将转变成晶态相，非晶态的优异性能将会显著弱化，这样便限制了非晶合金在较高温度场合下的应用。一般情况下，具有高含量高熔点元素的非晶合金具有较高的晶化温度。钨的熔点高，所以高钨含量的非晶合金具有较高的晶化温度。新一代核反应的“First Wall”材料长期工作在高温环境中(Fus1n engineering anddesign, 2011，86:1719-1723)，大多数晶体材料由于具有晶界而耐腐蚀性能较低，以至于长期未找到合适的“First Wall”材料，而高钨含量的非晶合金由于其自身特点将成为理想的“First Wall”材料。同时，钨的硬度和弹性模量也较高，根据非晶合金的杨氏模量和维氏硬度的关系为Hv = 0.06E，高钨含量的非晶合金具有高弹性模量、高硬度的特点，这种特点可使其在高速载荷作用下具有非常高的动态断裂韧性，在侵彻过程中具有极高的自锐性，如将高钨含量的非晶合金复合成穿甲弹材料，将大大减少钨合金穿甲弹的“蘑菇头”现象，提高其侵彻性能。 目前，国内外对高鹤含量的非晶材料的研究不多。Inoue等人(ScriptaMetallurgica, 1980，14(2):235-239)曾经报道过 W70Si20B10 甩带非晶，具有超高的硬度。Ohtsuki 等人(Applied Physics Letters,2004，14:4911-4913 !MaterialsTransact1ns, 2005, 46 (I):48-53)曾利用铜棍甩带制备出W46Ru37B17非晶合金，其第一晶化温度高达1174K，显微硬度有16.8±lGPa，900K时的显微硬度依然高于1GPa ;接着又制备出 W54Rh26B20^ W56Ir23B21' W45Re23Ru15B17' W37Ru31Rh18B14^ W38Ir17Ru31B14' W46Ru37B15Si2 等多种非晶合金薄带，都具有较高的晶化温度。随后Yoshimoto等(2007，(449-451):260-263)在Ohtsuki等人研究的基础上对以上甩带非晶合金进一步研究,发现其晶化温度在1049?1331K 之间，显微硬度在 13 ?18GPa 范围。Suo 等(Materials Science and EngineeringA, 2011, 528:2912-2916)选择曾做出了 2mm 宽、45μπι 厚 W30Fe38B32_xCx (χ = 5,7,10,13,15at.% )等系列真空甩带，第一晶化温度高达984?1067K，室温下W3(lFe38B32_xCx(x = 7，10，13，15at.% )甩带非晶的显微硬度在11.9到12.8GPa之间。可见高钨含量的非晶合金表现出极高的物理及力学性能，具有巨大的应用潜力。但是以上研究者设计非晶成分时大多选择Ru、Rh、Ir等贵金属,成本较高；而Suo等的研究虽然采用W、Fe、B和C四种元素,合金成本相对降低，但其成分配方中小原子半径的B和C总含量较高，造成在电弧熔炼制备母合金过程中挥发严重，造成熔炼困难，另外较高含量的Fe使得非晶薄带带有一定磁性，限制了其在特殊环境下的应用。 CN 101353771A公开了 “一种钨基非晶合金”，该方法制备的一系列非晶薄带具有较高晶化温度，但其其成分包括W、Fe、S1、Cr、Mn、Mo、B、Co大量元素，成分十分复杂，并且其采用钨块体进行电弧熔炼，众所周知，在所有单质金属中钨的熔点最高(3410°C )，钨块体需要较长时间或多次熔炼次数才能在母合金中混合均匀，造成能耗提高。
技术实现思路
有鉴于现有成分配方及技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的问题是提供一种高W含量的Ni基非晶合金成分配方及制备方法。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金，按原子分数计，包括下述组分组成: Ni 60 ?69%， W 17 ?22%， B 13.5%。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金，合金组分中还含有O?8%原子分数的Nb。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，包括下述步骤: 第一步:按设计的合金组分的原子分数，配取Ni，W，Nb，B的粉末；于球磨机中混合均匀后，压制成坯块，然后，在850?900°C温度下还原预烧，使其粉末颗粒间有一定的结合强度，防止在熔炼过程中被电弧吹飞； 第二步:将预烧后的坯块装入真空电弧熔炼炉中，抽真空至lXl(T5Pa，然后充高纯氩气至0.05MPa，经熔融钛吸氧后进行至少4次电弧熔炼，得到母合金； 第三步:将第二步得到的母合金分割装入石英管，置于真空甩带机中，甩带制备高W含量Ni基非晶条带。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，金属Ni粉末粒度为5?8 μ m，金属W粉末粒度2.0 μ m，金属Nb粉末粒度为Nb30?35 μ m，B粉末粒度为30?70 μ m ;钨粉的纯度> 99.9 %，镍粉的纯度> 99.5 %，硼的纯度> 99.9 %，铌粉的纯度> 99.9 %。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，第一步中，球磨机转速200r/min，球磨混合时间为4?6小时。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，压制成坯块时的成型压力为150 ?200MPa 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，第一步中，所述预烧气氛为氢气气氛，预烧时间I?1.5h。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，第二步中，电弧熔炼为真空非自耗电弧熔炼，电弧熔炼次数为4-6次。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，第三步中，甩带机铜辊转速为30m/s,制备的高W含量Ni基非晶条带宽度为2?4mm，厚度为15?40 μ m。 本专利技术一种高W含量Ni基非晶合金的制备方法，制备的高W含量Ni基非晶合金晶化温度782?851K ;显微硬度8.5?11.2Gpa。 本专利技术的高W含量Ni基非晶合金的优点如下: 1、非晶成分简单，便于配制；无贵金属，成本较低；小原子半径B等元素含量较低，减少了电弧熔炼过程中挥发，合金成分控制精度高； 2、高温下W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高W含量Ni基非晶合金，按原子分数计，包括下述组分组成：Ni 60～69％，W 17～22％，B 13.5％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文胜，马运柱，张佳佳，叶晓珊，吴亚瑜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43