一种高强度非晶合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强度非晶合金，所述非晶合金组成为ZraAlbCucNidBeeSnfM1gM2h，其中a、b、c、d、e、f、g、h为所述非晶合金中对应的原子百分含量，分别为40％≤a≤70％，5％≤b≤30％，5％≤c≤15％，5％≤d≤15％，0.05％≤e≤3％，0.2％≤f≤4％，0.5％≤g≤5％，1％≤h≤5％；M1为Hf、Ta、镧系元素中的一种或多种，M2为Ti、Sc、Fe、Co元素中的一种或多种。本发明专利技术中的非晶合金强度高、塑性好，尤其适合作为模具材料、机械结构材料进行应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种非晶合金材料，具体设及一种高强度的、非晶形成能力好的错基 非晶合金材料及其制备方法和应用。
技术介绍
机械结构材料是指W材料的机械或者力学性能为主要应用指标的一类工程材料， 具体说来，包括材料的屈服强度、断裂强度、断裂初性、塑性延伸率、弹性模量、深冲性能、疲 劳性能等关键性指标。传统的机械结构材料有工模具钢、不诱钢、耐热钢、侣合金、儀合金、 铁合金，还包括各类复合材料，如陶瓷增强金属基复合材料等，上述材料在应用中各有优 势，也都有各自无法克服的缺点，如钢材类易腐蚀、侣合金强度低、复合材料界面控制工艺 困难等等。在某些特殊的领域，结构材料都会遇到一些特殊的要求，往往传统材料无法企 及。与传统晶态合金材料相比，块体非晶合金材料在多项使用性能方面极具优势，具有更为 优异的力学性能、加工性能、软磁硬磁及独特的膨胀特性、抗多种介质腐蚀的能力、良好的 生物相容性等，运些优良特性使得非晶合金在许多领域具有广阔的应用前景。迄今为止，非 晶合金体系已开发出许多具有优异性能的产品可用于机械结构材料，如Co化TaB块体非晶 合金的压缩强度可达到5185MPa，创造了自然界金属材料强度的最高纪录；ZrTi化NiBe块 体非晶合金有室溫脆性但是弹性应变极限可达2% ;化ZrAl块体非晶合金有室溫塑性又可 加工硬化。在诸多非晶合金体系中，Zr-A^^-Ni四元合金体系可制备出非晶形成能力和 热稳定性都非常好的非晶合金材料，如Z；T(aAl7.；)Nii(Aii7.；)。在该四元合金体系的基础上也通 过改变制备工艺和合金成分配比研制出了许多具备其他功能的新的非晶合金材料。 专利申请号为201510222401. 6的名为《一系列具有室溫压缩塑性和高强度 的Zr-Al-Ni-化块体非晶合金》中国专利中公开了 一系列Zr-Al-Ni-化体系的非晶 合金及其制备工艺，制备出了Zrsi.sAln.e化 14.9化20、Zrs2Ali2.9化 13.8化21.3、Zr52.sAli2.2化 12.6 CU22.7、ZrssAlu.gNiujCl%.?、Zr53.5Al10.9Ni10.6Cl%、Zr54Ali〇.2Nig.4CU26.4、ZrsA.sAlg.eNis.ACUzY.S和Zrs日Als.gNi7.3Cu28.8。合金的屈服强度为 1737. 5-2041. 9MPa，抗压强度为 1892. 6-2184. 6MPa， 塑性应变为0.4-19. 1%。 专利申请号为201210435848. 8的名为《一种具有超高强度和可控塑性的侣基复 合材料的制备方法》的中国专利中公开了一种Ni-Co-Y-La-Al五元合金体系，该体系的侣基 非晶合金通过改进配方与工艺制备出具有ISOOMPaW上断裂强度的侣基符合材料，且塑性 可达到21%。 如何制备出既具有更为优异的力学性能，又具备好的非晶形成能力和成型能力， 具备大规模化稳定生产能力的非晶合金仍旧是研究努力的方向。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高强度、塑性好、非晶形成能力优良、致密的、非晶成型能力好 的Zr基非晶合金及其制备方法，该Zr基非晶合金尤其改善断裂强度。 本专利技术所要解决的技术问题通过W下技术方案予W实现： 阳00引 1、原料配方 非晶合金组成为ZraAliAicNidBeeSnfMlgM2h，其中曰、b、C、d、e、f、g、h为所述非晶合 金中对应的原子百分含量，分别为40%《a《70%，5%《b《30%，5%《C《15%，5% 《d《15%，0. 05%《e《3%，0. 2%《f《4%，0. 5%《g《5%，l%《h《5%;Ml为 Hf、Ta、铜系元素中的一种或多种，M2为Ti、Sc、Fe、Co元素中的一种或多种。其中，WZr、 A1、化、Ni为主量元素可W保证非晶合金整体上的稳定性和一定的非晶形成能力。 进一步优选，55%《a《65%，10%《b《30%，7%《c《12%，7%《d《12%， 0. 进一步优选，Ml为Hf、Ta中的一种或两者。 本专利技术人通过大量实验得出，极少量Be元素的添加可使得非晶合金中的各类原 子团簇更为致密。非晶合金烙炼时，能够明显看出添加少量Be元素即可从整体上提升非晶 合金烙融体的粘稠度，从而提升非晶合金整体成型能力和终产品的致密程度。因为Be元素 的氧化物有一定的毒性，而且Be元素的添加也会影响非晶的形成能力，故Be添加量不宜过 多，原子百分含量占整体合金的0. 05~3 %即可，可优选为0. 1 %~2 %，再进一步优选为 1 %~2%，该添加范围内Be元素毒性可忽略不计。 许多强度高的非晶合金成型性能和塑性较差，尽管本身力学性能优异，但是没有 在工业中应用的实用性。本专利技术中添加Sn元素，Sn烙点低易氧化，少量添加有助于提升非 晶合金产品塑性，能够增强该非晶合金材料的实用性能，且对强度无影响。 铜系元素、Hf、化为同周期相邻元素，性质相近，在错基非晶合金中都能够不同程 度的取代主量元素Zr,增加了不同元素原子之间的作用力，宏观表现为冷却后合金结构较 为致密、成型性能好。铜系、Hf、化元素的添加可W抑制非晶合金的晶化趋势，提高烙体的 稳定性，即提升非晶形成能力。同等添加剂量下，优选顺序为Hf>化>铜系元素。该类元 素添加原子百分含量0. 5 %~5 %即可获得较好的效果，可优选为1 %~4 %，再进一步优选 为1%~3%。 Ti、Sc、Fe、Co为同周期元素，本身性质非常稳定，同时Ti、Sc、Fe、Co可与Zr、Be、 Al形成禪合原子对，微观上形成混乱度极高的密堆结构，能够极大地提升非晶合金的强度 和变性能力。Ti、Sc、Fe、Co元素单独添加至Zr-A^^-化四元体系合金时会极大地减小非 晶形成能力，添加过多会得不到有实用价值的块状非晶合金，必须同时添加铜系、Hf、Ta元 素才会将Ti、Sc、Fe、Co元素带来的非晶形成能力的降低相抵消。Ti、Sc、Fe、Co元素添加 原子百分含量为1 %~5%，可优选为2%~5%，再进一步优选为3%~5%。 进一步地，上述非晶合金中还可添加原子百分含量为0. 1%~0. 5%的Mn元素。Mn 元素稳定，在非晶合金相中可取代A1、Cu,增加了不同元素原子之间的作用力，改善非晶形 成能力，同时还能够与Zr、Be、Al形成禪合原子对，能够极大地提升非晶合金的强度和变形 能力。 2、制备方法 步骤一、按照非晶合金组成比例称取金属原料，金属原料的纯度大于99. 5%。一般 来说，要得到非晶形成能力好的非晶合金，非晶的原料纯度要非常高，往往需大于99. 9%， 因为一旦原料中杂质过多，会和原料中的氧元素生成氧化物，在非晶成型的过程中作为种 晶诱发合金内部晶体化，从而影响非晶态金属的形成。本专利技术中添加的铜系元素、Hf、Ta、Sn元素则正好可W抑制该晶化趋势，吸收合金中的氧，抑制晶核的形成，提高合金中非晶态 金属的形成能力。采用本专利技术中的配比添加铜系元素、册、化、Sn元素可使非晶合金原料的 纯度要求降低，且不影响产出的非晶合金产品的品质，降低生产成本。 步骤二、将原料混合后在氣气气氛或真空条件下通过电弧当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度非晶合金，其特征在于：所述非晶合金组成为ZraAlbCucNidBeeSnfM1gM2h，其中a、b、c、d、e、f、g、h为所述非晶合金中对应的原子百分含量，分别为40％≤a≤70％，5％≤b≤30％，5％≤c≤15％，5％≤d≤15％，0.05％≤e≤3％，0.2％≤f≤4％，0.5％≤g≤5％，1％≤h≤5％；M1为Hf、Ta、镧系元素中的一种或多种，M2为Ti、Sc、Fe、Co元素中的一种或多种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬德，汤铁装，李卫荣，
申请(专利权)人：东莞宜安科技股份有限公司，东莞市镁安镁业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44