一种Zr基块体非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Zr基块体非晶合金，属于非晶合金技术领域，所述非晶合金的成分表示为Zr

A Zr based bulk amorphous alloy and its preparation

The invention provides a Zr based bulk amorphous alloy, which belongs to the technical field of amorphous alloy. The composition of the amorphous alloy is expressed as Zr

【技术实现步骤摘要】
一种Zr基块体非晶合金及其制备方法
本专利技术属于非晶合金
，具体为一种Zr基块体非晶合金及其制备方法。
技术介绍
在过去的几十年里，锆基块体非晶合金由于其较高的晶体成型能力被开发的越来越多，这些锆基块状非晶合金具有很多优良的性能，比如强度高和耐腐蚀性好，这些优越的性能使得锆基块体非晶合金在很多领域都得到了应用。因此，寻找一种高效、低成本的锆基块体非晶合金的制备方法，对于提高其实际应用也是非常重要的。相比于晶体材料，块体非晶合金内部具有不规则的原子排布，原料成分和快速冷却速率是制备块体非晶合金的关键所在。多年来，大多数的块体非晶合金都是通过铜模吸铸和喷铸法制备得到的。虽然块体非晶合金合成的最大临界尺寸在100mm左右，但在设计时，为了提高其晶体成型能力，有些块体非晶合金的临界尺寸都超过了20mm，但通过传统的铸造方法很难制备出大于该临界尺寸的块体非晶合金，因此，通过提高晶体成型能力来得到更大临界尺寸的块体非晶合金也变得越来越困难。同时，大多数块体非晶合金由于没有像晶体一样具有位错而展现出脆性，这就导致块体非晶合金很难变形成复杂的几何结构。临界尺寸和脆性的限制，使满足未来应用需求的大几何尺寸和特定形状块体非晶合金的制备成为难点，需要寻找一种新的制备块体非晶合金的方法。选区激光融化技术(SLM)是增材制作技术中的一种，在选区激光融化技术的制备过程中，先用电脑CAD设计出一个三维部件，然后再通过铺粉的方式一层一层的制备整个部件，这种层式制作方式使得通过SLM技术制备复杂几何结构的部件变得非常容易。由于激光束与粉末之间的相互作用时间短，会发生快速熔化和凝固，从而导致非常高的加热速率和冷却速率(103-108K/s)，这种高冷却速率满足形成块体非晶合金的制备要求。SLM设备激光点的直径通常小于其他增材制造技术设备激光的直径，SLM部件的制造是覆盖由微径直径的激光点产生的小熔池的过程，这使得SLM方法绕过了其他传统方法遇到的临界尺寸问题。近年来，有研究者对通过增材制作技术制作块体非晶合金进行了一些研究，并成功制作出了Fe，Zr，Al基块体非晶合金。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Zr基块体非晶合金及其制备方法。以气体雾化无定型粉末为原料，并应有含有激光脉冲数的SLM设备制备了成分为Zr60Fe10Cu20Al10，临界尺寸为10mm的块体非晶合金，本专利技术制备得到的块体非晶合金具有较高的机械强度和耐腐蚀性能。本专利技术目的通过以下技术方案来实现：一种Zr基块体非晶合金，其特征在于，所述非晶合金的成分表示为Zr60Fe10Cu20Al10，且非晶合金的临界尺寸为10mm。进一步，所述非晶合金采用选区激光融化技术(SLM)制备得到。一种Zr基块体非晶合金的制备方法，包括以下步骤：1)取高纯度的锆、铁、铜和铝，在悬浮熔炼炉中熔化后得到预合金铸锭；2)通过气雾化法将预合金铸锭制备成粉末，过筛得粉末，并将粉末真空干燥；3)利用SLM设备在Zr基板上制备非晶合金零件，在激光加工之前，通入高纯度氩气使加工环境中氧气的含量低于100ppm；4)在基板上铺一层粉，根据非晶合金零件的几何结构，SLM控制系统采用激光快速熔凝，然后再铺一层粉在凝固的样品和基板上，继续用激光熔化凝固；通过上述过程即可得到Zr基块体非晶合金零件。进一步，所述非晶合金零件的几何结构模型预先通过三维设计软件生成后导入到所述SLM设备中。进一步，所述悬浮熔炼炉中熔化次数≥4。进一步，所述SLM设备的激光功率为100W～200W，曝光时间t为20μs～100μs，孵化空间为80μm，点距离为70μm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术突破了传统制备方法具有的临界尺寸的限制，可以制造尺寸更大的非晶合金部件，更适用于复杂几何结构部件的制造。本专利技术采用每一层都用激光束融化两次的全新制备工艺，可以形成含少量晶相的近全致密试样，使孔洞和裂缝得到改善，解决常规每层用激光束融化一次所存在的孔洞和裂缝等问题。本专利技术选区激光融化技术(SLM)制备方法，可以提高产品的机械性能(显微硬度)和耐化学腐蚀性。附图说明图1为气雾化制备得到的尺寸在15-53μm预合金铸锭粉末的XRD测试结果；图2为气雾化制备得到的粉末的SEM图；图3为在P＝200，t＝60μs激光能量时每层用激光束融化一次制备得到的试样图；图4为在P＝200，t＝60μs激光能量时每层用激光束融化两次制备得到的试样图；图5为实施例23，实施例24，实施例35，实施例26制备得到的样品与对照样品的机械性能(显微硬度)测量结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下述实施例各激光参数如下表1所示：表1各实施例激光参数实施例激光功率(w)曝光时间(μs)实施例激光功率(w)曝光时间(μs)11003021004031006041008051001006120307120408120609120801012010011160301216040131606014160801516010016180201718030181804019180502018060212002022200302320040242005025200602620070272008028200100各实施例Zr基块体非晶合金零件的具体制备过程如下：1)取高纯度的锆、铁、铜和铝(锆99.99％，铁99.999％，铜99.999％，铝99.999％)，在悬浮熔炼炉中熔化四次后得到预合金铸锭。2)通过气雾化法将预合金铸锭制备成粉末，过筛得到直径为15～53μm的粉末，并将粉末在200℃下真空干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Zr基块体非晶合金，其特征在于，所述非晶合金的成分表示为Zr

【技术特征摘要】
1.一种Zr基块体非晶合金，其特征在于，所述非晶合金的成分表示为Zr60Fe10Cu20Al10，且非晶合金的临界尺寸为10mm。


2.如权利要求1所述一种Zr基块体非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取高纯度的锆、铁、铜和铝，在悬浮熔炼炉中熔化后得到预合金铸锭；
2)通过气雾化法将预合金铸锭制备成粉末，过筛得粉末，并将粉末真空干燥；
3)利用SLM设备在Zr基板上制备非晶合金零件，在激光加工之前，通入高纯度氩气使加工环境中氧气的含量低于100ppm；
4)在基板上铺一层粉，根据非晶合金零件的几何结构，SLM控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宇，张鹏程，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51