一种锆基非晶合金及其制备方法技术

锆基非晶合金，其中，所述锆基非晶合金的组成由如下通式所示：（ＺｒａＭ１－ａ）１００－ｘＯｘ，其中，ａ表示Ｚｒ的原子数与Ｚｒ和Ｍ的原子总数的比例，ａ的范围为０．３－０．９，Ｍ表示选自除Ｚｒ以外的过渡元素以及ⅡＡ族金属元素和ⅢＡ族金属元素中的至少三种；ｘ表示氧的原子数，ｘ的范围为０．０２－０．６；以所述锆基非晶合金的总体积为基准，该锆基非晶合金中的晶态相的体积百分数为１至小于７０％，非晶态相的体积百分数为大于３０至９９％，且在所述锆基非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于５毫米，使所述锆基非晶合金的塑性应变大于１％。本发明专利技术还提供了该锆基非晶合金的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非晶合金及其制备方法，更具体地，本专利技术涉及一种锆基非晶合金及其制备方法。
技术介绍
非晶金属材料由于具有长程无序而短程有序的特殊结构，因而具有高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性、较大的弹性极限和高电阻性等优越的性能，而且还表现出优良的超导性和低磁损耗等特点(W.L.Johnson，Bulk-FormingMetallic Alloys：Science and Technology，MRS BULLETIN，OCTOBER 1999，P42-P56)。因此，非晶金属材料被公认为是最具有潜力的新型结构材料，从而被广泛应用于机械、IT电子、军工等多项领域。尤其是大块非晶材料的出现，极大地促进了非晶材料的研究和应用。但是，非晶材料自身的一些弱点，也限制了它的应用。由于非晶材料自身结构的特殊性，在承受载荷的时候，非晶材料不能像晶态材料一样，可以在内部产生各种变形机制来抵抗由于外力带来的塑性变形，所以在应力达到断裂强度时就会突然断裂，导致灾难事故的发生，这严重制约了非晶态材料在结构材料领域中的应用。现有文献报道(1.Douglas C.Hofmann，Designingmetallic glass matrix composites with hightoughness and tensile ductility：Nature，2008，Vol.451；2.Wei Hua Wang，Roles of minor additions in formation andproperties of bulk metallic glasses：Progress in materials and science，2007，Vol.52(No.4))，主要通过调整合金的成分及微观组织可获得合金的塑性变形，而且成分主要涉及金属元素，并认为氧是危害性元素，此外，现有技术对非晶合金的制备方法研究甚少，因此，实现难度较大，不具有工业化生产 的条件，因此，这就对合金本身提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的锆基非晶合金无塑性或者塑性较差的缺点，提供了一种塑性较好的锆基非晶合金及其制备方法。现有技术制备得到的锆基非晶合金的无塑性或塑性较差，而且现有技术中认为氧是对合金性能不利的因素，而本专利技术的专利技术人通过大量实验发现，适当地选择合金组分以及合适的含氧量，并控制合金中非晶相和晶态相的比例，可以有效地提高锆基非晶合金的塑性应变。本专利技术的专利技术人还发现，合理的设计锆基非晶合金的制备工艺是获得锆基非晶合金塑性的重要保障，包括：原料中氧含量的控制，合金铸锭的冶炼条件，铸造时的给汤温度，模具导热系数及铸造得到的合金铸锭尺度，通过对非晶合金制备工艺中各步骤的协同作用，可以有效的提高合金的塑性应变，极大地扩展了合金成分的适用范围，有利于工业化的生产。本专利技术提供了一种锆基非晶合金，其中，所述锆基非晶合金的组成由如下通式所示：(ZraM1-a)100-xOx，-->其中，a表示Zr的原子数与Zr和M的原子总数的比例，a的范围为0.3-0.9，M表示选自除Zr以外的过渡元素以及ⅡA族金属元素和ⅢA族金属元素中的至少三种；x表示氧的原子数，x的范围为0.02-0.6；以所述锆基非晶合金的总体积为基准，该锆基非晶合金中的晶态相的体积百分数为1至小于70％，非晶态相的体积百分数为大于30至99％，且在所述锆基非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于5毫米；所述锆基非晶合金的塑性应变大于1％。本专利技术还提供了一种锆基非晶合金的制备方法，其中，该方法包括在保护气体的保护下或者在真空条件下，将金属Zr原料和金属M原料按照摩尔 比为3-9∶1-7，混合熔炼并冶炼成合金铸锭，将合金铸锭重熔并加热到给汤温度后在导热系数为10-400W/m·K的模具中冷却成型，得到锆基非晶合金，其中，金属M原料选自除Zr以外的过渡元素以及ⅡA族金属元素和ⅢA族金属元素中的至少三种；金属Zr原料和金属M原料中的氧含量为：0.005at％≤氧含量≤0.05at％；所述给汤温度为T1+100℃以上，T1指合金的液相线温度。本专利技术通过适当地选择合金组分以及合金含氧量，并控制合金中非晶相和晶态相的比例，以及合理的设计锆基非晶合金的制备工艺，从而显著提高了锆基非晶合金的塑性应变。具体实施方式本专利技术提供一种非晶合金，所述锆基非晶合金的组成由如下通式所示：(ZraM1-a)100-xOx，其中，a表示Zr的原子数与Zr和M的原子总数的比例，a的范围为0.3-0.9，优选为0.4-0.7；M表示选自除Zr以外的过渡元素以及ⅡA族金属元素和ⅢA族金属元素中的至少三种，优选情况下，M选自Cu、Ag、Zn、Sc、Y、La系元素、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Be和Al中的至少三种；x表示氧的原子数，x的范围为0.02-0.6，优选为0.03-0.5；以所述锆基非晶合金的总体积为基准，该锆基非晶合金中的晶态相的体积百分数为1至小于70％，优选为1-37％；非晶态相的体积百分数为大于30至99％，优选为63-99％，且在所述锆基非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于5毫米，优选情况下，至少有一维尺寸小于2毫米；所述锆基非晶合金的塑性应变大于1％，优选为大于3至40％。本专利技术的专利技术人发现，材料的复合化是提高材料综合性能的有效手段，非晶材料的复合化提高材料性能也是在该领域得到广泛应用和研究。这对于非晶合金领域也适用，本专利技术中所提供的锆基非晶合金中允许含有体积分数 小于70％的晶态相，非晶材料的性能不仅不会受到影响，而且还会提高非晶合金的力学性能，此外，非晶合金的多维尺寸的不同，会产生不同的自由体积、原子团簇以及剪切带，以剪切带为例，本专利技术中所提供的非晶合金具有的多维尺寸中，至少一维尺寸小于5毫米，优选情况下小于2毫米，正是由于本专利技术所提供的非晶合金在多维尺寸上的特点，增加了在非晶合金中的剪切带的数量，而剪切带的增多，会增加非晶合金的塑性形变能力，正是由于本专利技术所提供的非晶合金在微观结构上与现有技术中所提供的非晶合金的的差异，提高了非晶合金材料的力学性能尤其是材料强度和塑性应变的能力。本专利技术提供一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括在保护气体的保护下或者在真空条件下，将金属Zr原料和金属M原料按照摩尔比为3-9：1-7，混合熔炼并冶炼成合-->金铸锭，将合金铸锭重熔并加热到给汤温度后在导热系数为10-400W/m·K的模具中冷却成型，得到锆基非晶合金，其中，金属M原料选自除Zr以外的过渡元素以及ⅡA族金属元素和ⅢA族金属元素中的至少三种；金属Zr原料和金属M原料中的氧含量为：0.005at％≤氧含量≤0.05at％；所述给汤温度为T1+100℃以上，T1指合金的液相线温度。该方法具体为，所述锆基非晶合金的制备方法包括在保护气体的保护下或者在真空条件下，将锆基非晶合金原料熔炼并冶炼成合金铸锭，将合金铸锭重熔并加热到给汤温度后在导热系数为10-400W/m·K模具中冷却成型；得到的非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于5毫米，优选为小于2毫米；所述给汤温度为T1+100℃以上，优选为T1+100℃至T1+500℃；其中，T1指合金的液相线温度，所述合金的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锆基非晶合金，其特征在于，所述锆基非晶合金的组成由如下通式所示：（ＺｒａＭ１－ａ）１００－ｘＯｘ，其中，ａ表示Ｚｒ的原子数与Ｚｒ和Ｍ的原子总数的比例，ａ的范围为０．３－０．９，Ｍ表示选自除Ｚｒ以外的过渡元素以及ⅡＡ族金属元素和ⅢＡ族金属元素中的至少三种；ｘ表示氧的原子数，ｘ的范围为０．０２－０．６；以所述锆基非晶合金的总体积为基准，该锆基非晶合金中的晶态相的体积百分数为１％－７０％，非晶态相的体积百分数为３０％－９９％，且在所述锆基非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于５毫米；所述锆基非晶合金的塑性应变大于１％。

【技术特征摘要】
CN 2009-10-30 200910209456.81.一种锆基非晶合金，其特征在于，所述锆基非晶合金的组成由如下通式所示：(ZraM1-a)100-xOx，其中，a表示Zr的原子数与Zr和M的原子总数的比例，a的范围为0.3-0.9，M表示选自除Zr以外的过渡元素以及ⅡA族金属元素和ⅢA族金属元素中的至少三种；x表示氧的原子数，x的范围为0.02-0.6；以所述锆基非晶合金的总体积为基准，该锆基非晶合金中的晶态相的体积百分数为1％-70％，非晶态相的体积百分数为30％-99％，且在所述锆基非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于5毫米；所述锆基非晶合金的塑性应变大于1％。2.根据权利要求1所述的锆基非晶合金，其中，以所述锆基非晶合金的总体积为基准，该锆基非晶合金中的晶态相的体积百分数为1-37％，非晶态相的体积百分数为63-99％。3.根据权利要求1所述的锆基非晶合金，其中，在所述锆基非晶合金的多维尺寸中，至少有一维尺寸小于2毫米。4.根据权利要求1所述的锆基非晶合金，其中，所述锆基非晶合金的塑性应变为大于3至40％。5.根据权利要求1所述的锆基非晶合金，其中，所述a的范围为0.4-0.7；x的范围为0.03-0.5；所述M选自Cu、Ag、Zn、Sc、Y、La系元素、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Be和Al中的至少三种。6.权利要求1所述锆基非晶合金的制备方法，其特征在于，该方法...

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