一种宽过冷液相区锆基非晶合金制造技术

本发明专利技术提供了一种宽过冷液相区锆基非晶合金。本发明专利技术宽过冷液相区锆基非晶合金的组成为：ZraCubNicAldMe，其中M为Y、Er、Ce元素中的一种，各元素的原子百分比含量满足下列条件：55≤a≤65，14≤b≤19，5≤c≤12，7≤d≤12，0＜e≤2，a+b+c+d+e＝100。本发明专利技术锆基非晶合金具有宽的过冷液相区，其过冷液相区宽度ΔTx在100‑120K之间，确保了其具有良好的热塑成形性能，能够应用于功能材料、电子技术等领域中。

A Zirconium-based Amorphous Alloy with Wide Supercooled Liquid Region

The invention provides a zirconium-based amorphous alloy with a wide undercooled liquid phase region. The composition of the zirconium-based amorphous alloy in the wide supercooled liquid region of the invention is ZraCubNicAldMe, in which M is one of the elements Y, Er and Ce. The atomic percentage content of each element satisfies the following conditions: 55 < a < 65, 14 < B < 19, 5 < C < 12, 7 < d < 12, 0 < e < 2, a + B + C + D + e = 100. The zirconium-based amorphous alloy of the invention has a wide supercooled liquid phase region, and the width of the supercooled liquid phase region Tx is between 100 and 120K, which ensures that the zirconium-based amorphous alloy has good thermoplastic forming performance and can be applied in functional materials, electronic technology and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种宽过冷液相区锆基非晶合金
本专利技术涉及非晶合金新型合金材料领域，具体而言，涉及一种宽过冷液相区锆基非晶合金。
技术介绍
非晶合金是由熔体以极高的冷却速度快速凝固，从而阻止晶体相的形成，使熔体无序混乱的原子组态被冻结下来而形成的合金材料。非晶合金在结构上具有长程无序、短程有序的特点。由于非晶合金独特的结构特征，因而能够表现出许多不同于晶态合金的性能，如高强度、高硬度、低磁耗、耐磨耐腐蚀等优异性能。锆基非晶合金具有强的玻璃形成能力、低的临界冷却速度以及宽的过冷液相区等特点,即便是利用不太复杂的设备，也能够较为容易地制备出优良的块体非晶合金。同时,锆基块体非晶合金具有一系列优异的力学性能,因此对锆基非晶合金的研究也最为广泛,包括适当添加合金元素对锆基非晶合金的玻璃形成能力的影响。过冷液相区宽度是块体非晶合金热塑性成形能力的量度，其数值越大，非晶合金的热稳定性越高，块体非晶合金就可以在更宽温度和更长时间范围内进行热塑性加工成形。虽然对于锆基非晶合金的成分组成调整以及制备工艺的研究较多，但对于具有宽的过冷液相区的锆基非晶合金的研究并不多见。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种宽过冷液相区锆基非晶合金，本专利技术锆基非晶合金具有过冷液相区宽，热塑成形性能好等优点。本专利技术的第二目的在于提供一种所述的宽过冷液相区锆基非晶合金的制备方法。本专利技术的第三目的在于提供一种所述的宽过冷液相区锆基非晶合金的应用。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种宽过冷液相区锆基非晶合金，所述宽过冷液相区锆基非晶合金的组成为：ZraCubNicAldMe，其中M为Y、Er、Ce元素中的一种，各元素的原子百分比含量满足下列条件：55≤a≤65，14≤b≤19，5≤c≤12，7≤d≤12，0＜e≤2，a+b+c+d+e＝100。同时，本专利技术还提供了所述的锆基非晶合金的制备方法，包括：采用铜模铸造或水淬的方法制备锆基非晶合金。进一步的，本专利技术还提供了包含本专利技术宽过冷液相区锆基非晶合金的装置或设备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的ZrCuNiAl体系是形成块体非晶合金全新的体系，相比传统的ZrCuNiAl体系的块体非晶合金材料，本专利技术的ZrCuNiAl体系中含有稀土元素Y、Er、Ce中的一种，其与Zr、Cu、Ni、Al元素之间具有大的原子尺寸差以及大的负混合焓，使得原子之间具有较强的相互作用，从而提高了非晶合金的形成能力。同时所添加Y、Er、Ce等稀土元素，能起到抗氧化的作用，从而提高非晶合金的实际应用性能。(2)本专利技术所制得的锆基非晶合金，具有宽的过冷液相区，其过冷液相区宽度ΔTx在100-120K之间，确保了其具有良好的热塑成形性能。(3)本专利技术的锆基非晶合金体系合金由于良好的热塑成形性能，因而提高了非晶合金的实际使用价值，确保了该系列的非晶合金在功能材料、电子技术等领域具有广阔的应用前景。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术所提供的非晶合金材料，主要是为了解决现有非晶合金材料过冷液相区较窄，进而导致材料热塑成形性能不佳等问题。具体的，本专利技术所提供的非晶合金具有如下的原子组成：ZraCubNicAldMe，其中M为Y、Er、Ce元素中的一种；如上原子组成的非晶合金中，各元素的原子百分比含量满足下列条件：55≤a≤65(例如可以为，但不限于56、57、58、59、60、61、62、63、64等，可以为区间内的任意整数或者分数)，14≤b≤19(例如可以为，但不限于15、16、17、18等，可以为区间内的任意整数或者分数)，5≤c≤12(例如可以为，但不限于6、7、8、9、10、11等，可以为区间内的任意整数或者分数)，7≤d≤12(例如可以为，但不限于8、9、10、11等，可以为区间内的任意整数或者分数)，0＜e≤2(例如可以为，但不限于1、2等，可以为区间内的任意整数或者分数)；条件是，a+b+c+d+e＝100。元素成分选择和配比对于非晶合金的性能有着较为重要的影响，本专利技术中，通过优化非晶合金中的原子组成和原子配比，从而得到了一种具有宽过冷液相区的锆基非晶合金。本专利技术锆基非晶合金的过冷液相区宽度ΔTx可以达到100～120K，这是现有具有类似组成的多种锆基非晶合金所无法达到的(例如，现有技术CN103924170A等)。如上锆基非晶合金可以采用铜模铸造或者水淬的中的任一种方法得到，进一步对于制备方法介绍如下：(i)铜模铸造法(1)配料：将纯金属Zr，Cu，Ni，Al和M(Y、Er、Ce中的一种)按照合金原子组成进行配料混合(精确至0.001g)，然后，将物料在酒精溶液中超声处理10min；(2)母合金熔炼：首先，将物料置于熔炼设备(例如非自耗电弧熔炼炉)中，抽真空(至压力低于6.0×10-3Pa)；然后，充入高纯惰性气体(优选为氩气)至压力达到0.05～0.08MPa；最后，进行电弧熔炼，并反复熔炼3～5次。熔炼完成后，物料的质量损失要控制在1％以内，以保证非晶合金的原子配比与设定值基本一致。(3)非晶合金制备：首先，将步骤(2)所得到的母合金锭置于连有负压吸铸装置的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入高纯惰性气体(优选为氩气)，然后进行加热，至母合金锭熔化，并保温持续一段时间；然后，开启负压吸铸装置，使得压差达到0.03MPa左右，熔化后母合金锭在负压下吸入水冷铜模型腔内，快速冷却，得到块体非晶合金，即为产品。(ii)水淬法(1)配料：将纯金属Zr，Cu，Ni，Al和M(Y、Er、Ce中的一种)按照合金原子组成进行配料混合(精确至0.001g)，然后，将物料在酒精溶液中超声处理10min；(2)母合金熔炼：首先，将物料置于熔炼设备(例如非自耗电弧熔炼炉)中，抽真空(至压力低于6.0×10-3Pa)；然后，充入高纯惰性气体(优选为氩气)至压力达到0.05～0.08MPa；最后，进行电弧熔炼，并反复熔炼3～5次。熔炼完成后，物料的质量损失要控制在1％以内，以保证非晶合金的原子配比与设定值基本一致。(3)非晶合金制备：将步骤(2)所得到的母合金锭破碎后，装入适应玻璃管内，抽真空(压力在10-3Pa左右)后封装；然后，将玻璃管置于电阻炉中，加热至高于合金熔点200K，然后保温1h，使得母合金锭再次熔化，各元素成分混合均匀；最后进行水淬，得到具有预设计组成的非晶合金。由如上任意方法所得到的非晶合金具有宽过冷液相区的特性(ΔTx可以达到100～120K)，因而具有良好的热塑性加工性能，能够进一步用于例如非晶钎料、高尔夫球头、复合装甲夹层等功能材料和电子器件设备的制作中。实施例1：Zr63Cu18Ni7Al10Y2采用铜模铸造法制备具有如上原子组成的锆基非晶合金，具体方法如下：将纯金属锆块、铜块、镍块、铝块、钇块按设计成分的原子百分比换算成质量百分比进行称重配料，混合后在酒精溶液中超声处理10min，然后放入非自耗电弧熔炼炉水冷铜坩埚中。先将设备真空抽至压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽过冷液相区锆基非晶合金，其特征在于，所述宽过冷液相区锆基非晶合金的组成为：ZraCubNicAldMe，其中M为Y、Er、Ce元素中的一种，各元素的原子百分比含量满足下列条件：55≤a≤65，14≤b≤19，5≤c≤12，7≤d≤12，0＜e≤2，a+b+c+d+e＝100。

【技术特征摘要】
1.一种宽过冷液相区锆基非晶合金，其特征在于，所述宽过冷液相区锆基非晶合金的组成为：ZraCubNicAldMe，其中M为Y、Er、Ce元素中的一种，各元素的原子百分比含量满足下列条件：55≤a≤65，14≤b≤19，5≤c≤12，7≤d≤12，0＜e≤2，a+b+c+d+e＝100。2.根据权利要求1所述的宽过冷液相区锆基非晶合金，其特征在于，所述宽过冷液相区锆基非晶合金的过冷液相区的宽度ΔTx在100-120K之间。3.权利要求1或2所述的宽过冷液相区锆基非晶合金的制备方法，其特征在于，包括：采用铜模铸造或水淬的方法制备宽过冷液相区锆基非晶合金。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括：按照合金组成进行配料和混合，然后在酒精溶液中超声处理；将物料在惰性气体保护下进行熔炼，得到母合金锭；在惰性气体保护条件下，将母合金锭熔化，然后真空吸铸，快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：范超，张晓平，王应静，彭炜，
申请(专利权)人：盘星新型合金材料常州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32