一种超高韧性大尺寸锆基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超高韧性大尺寸锆基非晶合金及其制备方法和应用，本发明专利技术利用一定配比的Zr、Cu、Ni、Al制得锆基非晶合金，通过对ZrCuNiAl体系各个组分的含量进行限定，使非晶合金兼具超高韧性、较高的玻璃形成能力和良好的可重复性，解决目前Zr基非晶合金不能同时具有良好的玻璃形成能力和抗弯曲性能的矛盾，所制得的Zr基非晶合金可以作为结构件应用，本发明专利技术提供的超高韧性大尺寸锆基非晶合金可以广泛应用于制备智能手机、高档腕表的零部件、微/纳米机械、精密光学器件、医用器材或运动产品等领域。等领域。等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及非晶合金材料
，更具体地，涉及一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]非晶合金，一般是利用合金熔体快冷来制取，在快冷条件下，原子来不及进行三维周期性排布而被“冻结”，形成长程无序、短程有序的独特排布方式。晶态合金内部的原子在三维空间呈长周期有序排列，相比之下，非晶合金的内部原子排列具有“长程无序，短程有序”的特点，所以决定了非晶合金具有一系列独特性能，如良好的耐蚀性、高达2％的弹性极限、高强度(GPa量级)、良好的耐磨性、近净成形能力等优异性能。非晶合金作为一种新型的结构和功能材料，有着非常长远的潜在应用空间。同时，作为非晶态物质的“新成员”，非晶合金是人们理解和认识玻璃态物质本质的重要媒介，具有重要的科学研究价值。相对于目前一些形成能力较大的体系如Cu基、Ni基、Pt基、Pd基等，Zr基非晶合金一直被认为是最具有作为结构件应用价值的非晶合金，其形成能力较高，部分Zr基非晶合金具有良好的塑性和抗弯曲性能，但其玻璃形成能力较低，这一塑性和玻璃形成能力之间的矛盾限制了Zr基非晶合金的应用。
[0003]2007年，研究者在ZrCuNiAl体系中制备出了具有较高压缩塑性变形能力的非晶合金，但其玻璃形成能力只有3～5mm(Lin Y H etc.Super plastic bulk metallic glasses at room temperature.Science,2007,315:1385/>‑
1388.)。此外有很多学者利用不同的方法也报道了具有较高塑性变形的Zr基非晶合金，但这些非晶合金的玻璃形成能力仍小于5mm，而且可重复性较低，这严重限制了Zr基非晶合金作为结构件的工程应用。因此，如何改善Zr基非晶合金的玻璃形成能力和塑性变形能力之间的矛盾一直是研究者最为关注的方向，也是使Zr基非晶合金走向其工业化应用的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有锆基非晶合金无法同时具有良好的玻璃形成能力和塑性变形能力的缺陷和不足，提供一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金，通过调整锆基非晶合金各个组分的原子百分含量，使其具有较高的玻璃形成能力、优异的韧性和可重复性。
[0005]本专利技术的又一目的是提供一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金的应用。
[0007]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的成分及其原子百分含量为：30.1～33at.％Cu，3～5at.％Ni，8.5～10at.％Al以及余量为Zr。
[0009]本专利技术通过对ZrCuNiAl体系各个组元(Zr、Cu、Ni、Al)的含量进行优化，利用多种组元之间的协同作用，设计并开发出一种具有超高韧性大尺寸锆基非晶合金，本专利技术制备
的非晶合金在变形过程中具有较多的剪切带，使得该合金表现出优异的抗弯曲能力(即弯曲韧性)，其次，该合金具有较高的过冷液相区(ΔT
x
＝T
x
‑
T
g
)，合金的玻璃形成能力较高；此外，该非晶合金兼具良好的可重复性，很好地解决了目前Zr基非晶合金无法兼具良好的玻璃形成能力和韧性的矛盾。
[0010]优选地，所述锆基非晶合金的成分及其原子百分含量为：30.1～31at.％Cu，4～5at.％Ni，8.5～9.5at.％Al以及余量为Zr。
[0011]本专利技术保护上述超高韧性大尺寸锆基非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
[0012]按照非晶合金的原子组成称取金属单质或中间合金，在惰性气氛或高真空中，熔炼得到金属铸锭，然后将金属铸锭熔化后，得到合金熔体，将合金熔体注入模具内，通过将合金熔体快速凝固制得超高韧性大尺寸锆基非晶合金。
[0013]优选地，所述熔炼采用电弧熔炼、电子束熔炼或感应熔炼中的一种。
[0014]优选地，所述电弧熔炼和电子束熔炼的温度为1000～1200℃，熔炼时间为3～15min。
[0015]优选地，所述电弧熔炼或电子束熔炼的次数为4～6次。当采用电弧熔炼或电子束熔炼时，用电弧或电子束反复熔炼金属铸锭4～6次，为保证金属铸锭组成的均匀性，每次熔炼完毕后均需将金属铸锭翻转。
[0016]优选地，所述感应熔炼的温度为1000～1200℃，熔化时间为9～30min。
[0017]当采用感应熔炼时，至少熔炼两次，第一次熔炼完毕后，将金属铸锭翻转以保证合金铸锭的均匀性。
[0018]优选地，所述熔炼电流为100～250A。
[0019]优选地，所述熔化的加热方法为采用电弧熔炼、电子束熔炼或感应熔炼中的一种。
[0020]优选地，所述金属单质的纯度为Zr≥95wt.％，Cu≥99wt.％，Ni≥99wt.％，Al≥99wt.％。本专利技术采用金属单质作为原料或者满足上述组成配比要求的中间合金。
[0021]优选地，所述熔炼之前先熔炼高纯钛锭或锆锭50～80s。以消耗掉炉腔内的氧气。
[0022]优选地，所述金属单质熔炼前进行清洁，清洁步骤具体为依次经过表面打磨、丙酮和酒精清洗，最后吹干待用。
[0023]本专利技术所述惰性气氛包括但不限于高纯氩气、高纯氦气、高纯氮气中的一种或几种。
[0024]本专利技术保护上述超高韧性大尺寸锆基非晶合金在制备智能手机、高档腕表的零部件、微/纳米机械、精密光学器件、医用器材或运动产品中的应用。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术利用一定配比的Zr、Cu、Ni、Al制得锆基非晶合金，通过对ZrCuNiAl体系各个组分的含量进行限定，使非晶合金兼具超高韧性、较高的玻璃形成能力和良好的可重复性，解决目前Zr基非晶合金不能同时具有良好的玻璃形成能力和抗弯曲性能的矛盾，所制得的Zr基非晶合金可以作为结构件应用，本专利技术提供的超高韧性大尺寸锆基非晶合金可以广泛应用于制备智能手机、高档腕表的零部件、微/纳米机械、精密光学器件、医用器材或运动产品等领域。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例1所制备出的锆基非晶合金样品照片。
[0028]图2是本专利技术实施例1～3和对比例1所制备出的锆基非晶合金的X射线衍射图谱。
[0029]图3是本专利技术实施例1～3和对比例1所制备出的锆基非晶合金的三点弯曲应力
‑
应变曲线。
[0030]图4是本专利技术实施例1和对比例1所制备出的锆基非晶合金在弯曲过程断裂瞬间的照片。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非另有说明，本专利技术实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
[0032]实施例1
[0033]一种超高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金，其特征在于，所述锆基非晶合金的成分及其原子百分含量为：30.1～33at.％Cu，3～5at.％Ni，8.5～10at.％Al以及余量为Zr。2.根据权利要求1所述超高韧性大尺寸锆基非晶合金，其特征在于，所述锆基非晶合金的成分及其原子百分含量为：30.1～31at.％Cu，4～5at.％Ni，8.5～9.5at.％Al以及余量为Zr。3.权利要求1或2所述超高韧性大尺寸锆基非晶合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照非晶合金的原子组成称取金属单质或中间合金，在惰性气氛或高真空中，熔炼得到金属铸锭，然后将金属铸锭熔化后，得到合金熔体，将合金熔体注入模具内，通过将合金熔体快速凝固制得超高韧性大尺寸锆基非晶合金。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述熔炼采用电弧熔炼、电子束熔炼或感应熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈军，朱家华，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：