一种锆基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为（ＺｒｘＡｌｙＣｕｚＮｉ１－ｘ－ｙ－ｚ）１００－ａ－ｂＳｃａＹｂ，ｘ，ｙ，ｚ为原子百分数，ａ、ｂ为元素摩尔比；其中０．４５≤ｘ≤０．６０，０．０８≤ｙ≤０．１２，０．２５≤ｚ≤０．３５；０＜ａ≤５，０≤ｂ＜０．１。本发明专利技术的锆基非晶合金具有良好的力学强度、冲击韧性和机加工性能。另外，该锆基非晶合金的制备过程中，对真空度、原料纯度和设备要求较低，制备条件不苛刻，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非晶合金及其制备方法，特别是一种锆基非晶态合金及其制备方法。
技术介绍
非晶态合金是组成原子呈长程无序、短程有序的一类新型合金材料。由于其独特 的微观结构，因而具有比常规晶态金属材料优异的力学、物理、化学等性能。目前，锆基大块非晶合金由于具备良好的非晶形成能力、力学性能以及热稳定性 成为非晶材料的研究热点，其中&-Al-Cu-Ni体系是迄今为止最好的大块非晶合金形成体 系之一。然而，Zr-Al-Cu-Ni四元系合金的各种优异性能是建立在苛刻的制备条件及较高 的原料纯度的基础上的。在其制备过程中需要高的真空度和原料纯度，例如真空度需达到 KT2Pa以下，&的纯度大于99. 99重量％，氧含量低于250ppm，因此该合金的制备成本大幅 提高，制约了合金的大规模生产。同时，Zr-Al-Cu-Ni四元系合金由于其脆性较大，不能够 进行机加工，严重阻碍了工业化的生产和大规模的使用。尽管人们通过向&-Cu-Al-Ni体系中添加Ag，Zn, Ti，Ta等金属元素制备出了一 系列新型的大块非晶合金来降低制备条件要求，但是这些添加元素会引起原体系的非晶形 成能力、热稳定性、晶化行为以及性能的变化。例如，US6682611B2公开了一种非晶合金，通 过对&-Cu-Al-Ni四元合金进行Y元素掺杂，其一定程度上降低了原合金的制备要求，但由 于其冲击韧性和压缩断裂强度较低，因此机加工性能差而不能作为工业化产品被使用。CN1948543A公开了一种Cu基大块非晶合金，包括以下组分(质量百分比)Cu 30-60%, Zr 30-60%, Al 5-15%，还含有 0. 01-10%的稀土元素，稀土元素为 Sc、Y 等。该 Cu基大块非晶合金的冲击韧性较差，且不具有塑变性能；另外，该合金制备过程中对原材 料的高纯度要求及苛刻的制备条件，不适合于工业化大规模的生产。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中存在的大块非晶合金机加工性能差、塑变性能差、对原 材料纯度要求高、制备条件苛刻的技术问题。本专利技术提供了 一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为(ZrxAlyCuzN ilTy-z) 100-a-bScaYb' X，y，Z为原子百分数，a、b为元素摩尔比；其中0.45≤X≤0.60， 0. 08 ≤ y ≤ 0. 12,0. 25 ≤ z ≤0. 35 ;0 < a ≤ 5，0 ≤ b < 0. 1。本专利技术还提供了一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括在保护气体气氛 或真空条件下，将非晶态合金原料进行熔炼并冷却成型，其中非晶态合金原料按照通式 (ZrxAlyCuzNilTy_z) 100-a-bScaYb的比例进行投料，式中x，y，ζ为原子百分数，a、b为元素摩尔 比；其中 0. 45 ≤ χ ≤ 0. 60,0. 08 ≤ y ≤ 0. 12,0. 25 ≤ z ≤0. 35 ;0 < a ≤ 5，0 ≤ b < 0. 1。本专利技术的锆基非晶合金，通过向&-Cu-Al-Ni体系中添加Sc，可以有效增加合金 溶液的流动性和造渣功能，使本专利技术的锆基非晶合金具有优异的塑变性能；另外，极大提高了材料充型能力、降低了原材料的纯度要求和制备条件，因此制备过程中对真空度和冷却 速率要求不高，降低了对熔炼和成型设备的要求。同时，该锆基非晶合金具有较好的冲击韧 性和压缩断裂强度，使得本专利技术的锆基非晶合金适合于机械加工，即本专利技术的锆基非晶合 金机加工性能优异。具体实施例方式本专利技术提供了 一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为GrxAlyCUzN ilTy-z) 100-a-bScaYb' X，y，Z为原子百分数，a、b为元素摩尔比；其中0.45彡X彡0.60， 0. 08 彡 y 彡 0. 12,0. 25 彡 ζ 彡 0. 35 ;0 < a 彡 5，0 彡 b < 0. 1。本专利技术提供组成为arxAlyCUzNinJ^-bScJb的锆基非晶合金，优选情况下， 0. 50 彡 χ 彡 0. 55,0. 08 ^ y ^ 0. 10,0. 28 彡 ζ 彡 0. 32 ;0 < a 彡 3，0. 05 彡 b < 0. 1。更优选情况下，本专利技术的锆基非晶合金的组成为(Zra52AlaiciCua3tl5Niaci75) 100-aSca Ybo本专利技术提供了一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括在保护气体气氛或 真空条件 下，将非晶态合金原料进行熔炼并冷却成型，其中非晶态合金原料按照通式 (ZrxAlyCuzNilTy_z) 100-a-bScaYb的比例进行投料，式中x，y，ζ为原子百分数，a为元素摩尔比； 其中 0. 45 彡 χ 彡 0. 60,0. 08 彡 y 彡 0. 12,0. 25 彡 ζ 彡 0. 35 ;0 < a 彡 5，0 彡 b < 0. 1。本专利技术提供的锆基非晶合金的制备方法中，所述非晶态合金原料中含有少量的 杂质对非晶合金的熔炼没有影响，以锆基非晶合金的总量为基准，所述杂质的含量为5原 子％以下即可。用于制备本专利技术所述锆基非晶合金的各种非晶态合金原料的纯度越高，越 有利于锆基非晶合金的形成。优选情况下，所述非晶态合金原料的纯度为95-100重量％。 所述非晶态合金原料中含有少量氧，对本专利技术的锆基非晶合金的性质无影响，优选情况下， 本专利技术的锆基非晶合金的氧含量为1原子％以下。所述保护气体气氛或真空环境是为了使非晶态合金原料在熔炼过程中获得保护， 避免被氧化。本专利技术的非晶态合金原料的抗氧化性能较好，因此对保护气体气氛以及真空 环境的要求比较低。所述保护气体为元素周期表中第零族元素气体、氮气中的一种或多种， 如氦、氖、氩、氪中的一种或多种。所述保护气体的纯度不低于94体积％即可，例如可以为 94-99. 9体积％。熔炼炉内通入保护气体之前只需抽真空至真空度为1000帕以下即可。所 述真空条件的真空度为0. 01-1000帕，所述真空度以绝对压力表示。所述熔炼的方法为本领域中各种常规的熔炼方法，只要将非晶态合金原料充分熔 融即可，例如可以在熔炼设备内进行熔炼，熔炼温度和熔炼时间随着所非晶合金原材料的 不同会有一些变化，本专利技术中，优选情况下熔炼温度为1200-300(TC，熔炼时间为0. 5-5分 钟。更优选情况下，熔炼温度为1200-2500°C，熔炼时间为1-3分钟。所述熔炼设备可以为 常规的熔炼设备，例如电弧熔炼炉或感应熔炼。本专利技术的非晶合金的成形能力强，因此所述冷却成型可以采用本领域中各种常规 的冷却成型方法，例如，将熔融的合金材料(熔体)浇铸到模具中，然后冷却。本专利技术中所述 浇铸方法可以为重力浇铸、吸铸、喷铸或压铸。重力浇铸是指利用熔体本身的重力作用浇铸 到模具中。模具材料可以为铜合金、不锈钢及导热系数为30-400W/m · K(优选为50-200W/ m-K)的材料。模具可进行水冷、油冷或者液氮冷却。冷却的速度可以是lOK/s以上，优选为10-104K/s。对冷 却的程度没有特别要求，只要能成型为本专利技术的非晶合金即可。另外，优选在加入非晶态合金原料时，使得上述通式中的x、y、ζ在如下的范围 0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为（Ｚｒ↓［ｘ］Ａｌ↓［ｙ］Ｃｕ↓［ｚ］Ｎｉ↓［１－ｘ－ｙ－ｚ］）↓［１００－ａ－ｂ］Ｓｃ↓［ａ］Ｙ↓［ｂ］，ｘ，ｙ，ｚ为原子百分数，ａ、ｂ为元素摩尔比；其中０．４５≤ｘ≤０．６０，０．０８≤ｙ≤０．１２，０．２５≤ｚ≤０．３５；０＜ａ≤５，０≤ｂ＜０．１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：菅永喜，张法亮，宫清，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]