一种锆基非晶合金及其制备方法技术

针对目前锆基非晶合金在生产过程中对于原料纯度及真空度的要求很高的问题，本发明专利技术提供了一种成本低、更加易于工业化生产的锆基非晶合金及其制备方法，所述锆基非晶合金的组成为：(ZraCubAlc)100-xOx，a、b、c、x为原子百分比，其中：57≤a≤76，15≤b≤34，9≤c≤28，50ppm≤x≤5000ppm。该锆基非晶合金不含有对生物有害的元素Be，并且具有优良的机械性能及较强的非晶形成能力，对真空度及原料纯度要求不高，因此使得原料价格低廉，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锆基非晶合金及其制备方法
本专利技术涉及非晶合金，特别提供一种拥有较高非晶形成能力的锆基非晶合金及其制备方法。
技术介绍
非晶合金是区别于传统金属的一种新型合金，它的主要结构特点是：原子在三维空间呈长程无序状态排列，组成元素之间以金属键相连并在几个晶格常数范围内保持短程有序，形成一种类似原子簇的结构。正是这种独特的结构为非晶合金带来了独特的性能：例如高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高弹性及优良的磁性能等等。这些优良的性能为非晶合金在航天、IT电子、机械、化工等领域带来了广阔的发展前景。非晶合金具有众多的合金体系，如Pd基、Cu基、Ti基、La基、Mg基等等，然而由于非晶形成能力、成本、机械性能等诸多因素的限制，使得这些合金并不适合应用在工业中。目前，基于锆基非晶合金具有良好的非晶形成能力、机械性能、热稳定性等等优异的性能，使得其成为非晶领域的研究重点，也是目前最接近工业生产的非晶合金体系。然而，Zr基非晶对于生产条件的苛刻要求使得其成本居高不下，这在某种程度上阻碍了其工业化的进程。比如，其对原料的纯度要求高，其组成的各元素纯度一般不小于99％原子百分比，氧含量不高于100ppm，熔炼及生产过程中真空度不低于0.01帕，这些要求使得生产成本生产过程变得困难。目前开发出在锆基非晶合金中添加稀土元素以降低其对生产条件要求的方法，其基本原理是利用稀土元素的吸氧能力使得生产过程中对于原料纯度及真空度的要求降低，但是稀土元素的添加会使得其非晶合金脆性增加，机械性能降低。因此，在锆基非晶合金的产业化进程中，更加优异的合金成分是目前面临的首要问题。
技术实现思路
针对目前锆基非晶合金在生产过程中对于原料纯度及真空度的要求很高的问题，本专利技术提供了一种成本低、更加易于工业化生产的锆基非晶合金及其制备方法，这种锆基非晶合金不含有对生物有害的元素Be，并且具有优良的机械性能。本专利技术具体提供了一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为：(ZraCubAlc)100-xOx，a、b、c、x为原子百分比，其中：57≤a≤76，15≤b≤34，9≤c≤28，50ppm≤x≤5000ppm。以合金总体积为准，该锆基非晶合金在浇铸成为直径大于等于4mm、长度50mm的棒状样品时，其非晶含量为25％至99％，压缩塑性变形大于2％。本专利技术所述锆基非晶合金，其特征在于：a、b、c、x的取值范围优选为：57≤a≤73，18≤b≤32，9≤c≤25，400ppm≤x≤3500ppm。此时合金非晶形成临界尺寸进一步提高到6mm以上。本专利技术还提供了所述锆基非晶合金的制备方法，其特征在于：在保护气体气氛下，将原料熔炼并冷却至非晶态，合金的熔炼温度为1000-3000℃，熔炼时间大于30秒，反复熔炼大于4次。本专利技术所述锆基非晶合金的制备方法，其特征在于：制备非晶合金的原料纯度>97％即可，其氧含量要求为<1at.％。本专利技术所提供的锆基非晶合金对于原料纯度要求不高，例如传统锆基非晶合金中要求原料Zr的氧含量不高于100ppm，而本专利技术要求所用原料氧含量为不高于<1at.％，同时用于制备本专利技术所述锆基非晶合金的原料纯度越高越有利于非晶合金的形成。在这种情况下，通过对成分的控制及调整，对本专利技术的锆基非晶合金的形成能力及机械性能无影响。本专利技术所述锆基非晶合金的制备方法，其特征在于：在真空条件下熔炼合金，所需真空度为0.1-1000帕，保护气体为惰性气体。本专利技术所述锆基非晶合金的制备方法，其特征在于：合金熔炼后冷却速率大于10K/s。传统的非晶合金成分在高氧含量时，其非晶形成能力及机械性能急剧下降，而本专利技术通过调节成分中的氧含量，得到了具有高氧含量、不含Be及稀土元素的非晶合金成分，并使得这种非晶合金具有与低氧含量非晶合金相媲美的优良的形成能力及机械性能。因此本专利技术所提供的锆基非晶合金可以允许使用纯度更低的原料，并且可以使得生产条件放宽，这样可以降低其生产成本，对于其工业化的生产有着重要的意义，应用前景广阔。具体实施方式以下实施例所用原料纯度>97％，氧含量<1at.％，氩气纯度大于97％。实施例1成分：(Zr57Cu30Al13)99.8O0.2将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为40％。实施例2成分：(Zr57Cu30Al13)99.9O0.1将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至10帕，之后通入氩气作为保护气，在2000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为60％。实施例3成分：(Zr60Cu27Al13)99.8O0.2将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为90％。实施例4成分：(Zr62Cu24Al14)99.8O0.2将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为99％，其塑性变形量大于5％。实施例5成分：(Zr67Cu24Al9)99.7O0.3将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为50％。实施例6成分：(Zr60Cu18Al22)99.9O0.1将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为50％。实施例7成分：(Zr70Cu18Al12)99.9O0.1将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金2分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为30％。实施例8成分：(Zr62Cu24Al14)99.5O0.5将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为70％。实施例9成分：(Zr76Cu15Al9)99.5O0.5将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4分钟，反复熔炼4次，然后将熔体浇铸进入模具中，获得尺寸为的棒状样品，其非晶相所占体积百分数为30％。实施例10成分：(Zr57Cu15Al28)99.8O0.2将原料按成分的原子百分比放入熔炼炉中，抽真空至0.1帕，之后通入氩气作为保护气，在3000摄氏度下熔炼合金4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锆基非晶合金，其特征在于：所述锆基非晶合金为(ZraCubAlc)100‑xOx，a、b、c、x为原子百分比，其中：57≤a≤76，15≤b≤34，9≤c≤28，50ppm≤x≤5000ppm。

【技术特征摘要】
1.一种锆基非晶合金，其特征在于：所述锆基非晶合金为(ZraCubAlc)100-xOx，a、b、c、x为原子百分比，其中：57≤a≤76，15≤b≤34，9≤c≤28，400ppm≤x≤5000ppm。2.按照权利要求1所述锆基非晶合金，其特征在于：a、b、c、x的取值范围为：57≤a≤73,18≤b≤32,9≤c≤25，400ppm≤x≤3500ppm。3.一种按照权利要求1所述锆基非晶合金的制备方法，其特征在于：在保护气体气氛下，将原料熔炼并冷却至非晶态，合金的熔炼温度为1000-3000℃，熔炼时间大于30秒，反复熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，王寅霄，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21