稀土改性的轻质块体非晶合金及其制备方法、应用技术

本发明专利技术属于块体非晶合金技术领域，具体涉及一种稀土改性的轻质块体非晶合金及其制备方法、应用，其原子百分比表达式为：Zr

【技术实现步骤摘要】
稀土改性的轻质块体非晶合金及其制备方法、应用


[0001]本专利技术属于块体非晶合金
，具体涉及一种稀土改性的轻质块体非晶合金及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]非晶材料成分和物性关系的研究和控制问题是行业的难题。当连续改变非晶材料的化学组分和成分时，其密度、相变温度、电导率、力学、物理和化学性能等随之连续变化，这样可实现连续的物性控制。这是非晶材料不同于晶体化合物的特性和优势。
[0003]块体非晶材料的形成能力是非晶材料的特有问题，决定其形成能力的物理因素包括原子结构、热力学及动力学判据。但是，目前并没有明确的非晶合金成分和性能设计方法，可以准确确定非晶合金体系的最佳形成成分区间。微量掺杂对非晶材料，特别是非晶合金的形成能力、力学、物理性能具备显著调控作用。尽管微量掺杂的调控作用的物理机制仍不清楚，该方法在新成分设计实验中占据重要地位。
[0004]而轻质非晶合金在非晶合金领域研究尚且不足，如何制备具备稳定非晶形成能力的轻质非晶合金成为业界亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种稀土改性的轻质块体非晶合金及其制备方法、应用，以解决轻质非晶合金非晶形成能力不稳定的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种稀土改性的轻质块体非晶合金，其原子百分比表达式为：Zr
a
Cu
b
Ni
c
Al
d
Ti
e
Be
f
M
g
；其中M为稀土元素；以及45≤a≤52；15≤b≤20；12≤c≤15；10≤d≤16；5≤e≤12；5≤f≤13；0≤g≤5。
[0007]又一方面，本专利技术还提供了一种稀土改性的轻质块体非晶合金的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，将如权利要求1所述的各金属原料堆放在熔炼设备内，熔炼获得合金铸锭；步骤S2，对合金铸锭进行压铸，得到稀土改性的轻质块体非晶合金。
[0008]第三方面，本专利技术还提供了一种稀土改性的轻质块体非晶合金在结构材料中的应用。
[0009]本专利技术的有益效果是，本专利技术的稀土改性的轻质块体非晶合金及其制备方法、应用通过大幅度提高Al和Ti元素的含量，使得轻质非晶合金的整体密度减轻，同时采用稀土元素和Be作为改性材料对具有出色非晶形成能力的ZrCuNiAlTi体系进行改性，让稀土和Be原子占据ZrCuNiAlTi稳定团簇的间隙而不至于破坏系统的整体平衡，有力保证了轻质非晶合金的稳定非晶形成能力。
[0010]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
[0011]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1是本专利技术的稀土改性的轻质块体非晶合金的XRD曲线图。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能。
[0016]本专利技术提供了一种稀土改性的轻质块体非晶合金，其原子百分比表达式为：Zr
a
Cu
b
Ni
c
Al
d
Ti
e
Be
f
M
g
；其中M为稀土元素；以及45≤a≤52；15≤b≤20；12≤c≤15；10≤d≤16；5≤e≤12；5≤f≤13；0≤g≤5。
[0017]在本实施例中，可选的，所述M包括Y、Ce。
[0018]在本实施例中，具体的，所述稀土改性的轻质块体非晶合金的临界尺寸不小于3mm。
[0019]具体的，业界追求无Be块体非晶合金，降低Be含量不仅降低了有毒元素的含量，而且还对材料的成本大幅度降低，材料因而将具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求。但是Be含量的降低会对材料的非晶形成能力产生显著的降低，而且还会显著提升材料的密度。本专利技术的块体非晶合金，含有适量Be元素，增强非晶成形能力、降低材料密度，同时轻质块体非晶合金的临界尺寸也伴随着Be的含量增加而增大。
[0020]在本实施例中，具体的，所述稀土改性的轻质块体非晶合金的拉伸强度与稀土元素成正比例关系；以及所述稀土改性的轻质块体非晶合金的拉伸强度不低于800MPa。
[0021]在本实施例中，具体的，所述稀土改性的轻质块体非晶合金的密度不大于6.5g/cm3；Zr密度为6.49g/cm3，Cu密度为8.96g/cm3，Ni密度为8.88g/cm3，Al密度为2.7g/cm3，Ti密度为4.5g/cm3，Be密度为1.85g/cm3，Y密度为4.46g/cm3，Ce密度为6.77g/cm3，Hf密度为13.31g/cm3，为了降低非晶合金的密度，本申请文件虽采用的是ZrCuNiAlTi这一现有已知体系，但对各元素的占比进行了超出现有该体系非晶合金的范畴，其非晶形成能力因各元素间比例已被改变而变得不可知。
[0022]具体的，稀土元素M和Be作为改性元素其可轻易在ZrCuNiAlTi稳定团簇中占据间隙，同时不破坏系统整体的平衡，因此需控制加入量以保证非晶合金的密度与非晶形成能力的平衡。
[0023]本专利技术还提供了一种稀土改性的轻质块体非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，将如权利要求1所述的各金属原料堆放在熔炼设备内，熔炼获得合金铸锭；步骤S2，对合金铸锭进行压铸，得到稀土改性的轻质块体非晶合金。
[0024]可选的，所述各金属原料需进行表面氧化皮去除并用工业乙醇清洗原料的预处理后进行步骤S1。
[0025]具体的，所述步骤S1中各金属原料堆放包括：按照熔点从高到低的顺序将Zr、Ti、Ni、Cu、Al依次堆放在真空电弧熔炼炉内；以及将Be和稀土元素金属置于五种金属堆叠中间层，依照各金属熔点可保证五种金属的充分熔炼，而Be的熔点1278℃，Ni熔点为1453℃，Cu熔点为1083℃，故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土改性的轻质块体非晶合金，其特征在于，其原子百分比表达式为：Zr
a
Cu
b
Ni
c
Al
d
Ti
e
Be
f
M
g
；其中M为稀土元素；以及45≤a≤52；15≤b≤20；12≤c≤15；10≤d≤16；5≤e≤12；5≤f≤13；0≤g≤5。2.如权利要求1所述的稀土改性的轻质块体非晶合金，其特征在于，所述M包括Y、Ce。3.如权利要求1所述的稀土改性的轻质块体非晶合金，其特征在于，所述稀土改性的轻质块体非晶合金的临界尺寸不小于3mm。4.如权利要求1所述的稀土改性的轻质块体非晶合金，其特征在于，所述稀土改性的轻质块体非晶合金的拉伸强度与稀土元素成正比例关系；以及所述稀土改性的轻质块体非晶合金的拉伸强度不低于800MPa。5.如权利要求1所述的稀土改性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思路，张晓平，彭炜，陈云，
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：