專(zhuān)利名稱(chēng)：一種ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶態(tài)合金領(lǐng)域,特別是涉及一種ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金及制備方法。
背景技術(shù)：
非晶態(tài)合金是組成原子排列不呈周期性和對(duì)稱(chēng)性的一類(lèi)新型合金材料。由于其特殊的微觀結(jié)構(gòu)，致使它們具有優(yōu)越的力學(xué)、物理、化學(xué)及磁性能，如高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕。這些優(yōu)越的性能使得非晶態(tài)合金在很多領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。同時(shí)，非晶態(tài)合金也有自身的弱點(diǎn)，限制了它的應(yīng)用。非晶態(tài)合金應(yīng)用中面臨的主 要困難是
I、難以制備大尺寸的非晶態(tài)合金金屬和合金液在冷卻過(guò)程中傾向于轉(zhuǎn)變成原子規(guī)則排列的晶態(tài)材料，要想獲得原子長(zhǎng)程無(wú)序排列的非晶態(tài)合金，冷卻速度要足夠快，使原子還來(lái)不及排列成晶態(tài)結(jié)構(gòu)就被凍結(jié)住。在其他條件相同的情況下，隨著樣品尺寸大的增大，冷卻速度減慢，導(dǎo)致大尺寸的非晶態(tài)合金難以獲得。2、難以提高熱穩(wěn)定性非晶態(tài)合金處于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，有向熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)一晶態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，這一轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為晶化溫度。因此為了能夠在較大的溫度范圍內(nèi)使用非晶態(tài)材料，就需要提高非晶態(tài)合金的熱穩(wěn)定性，開(kāi)發(fā)熱穩(wěn)定性高的合金系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金及制備方法。本發(fā)明的ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金具有高玻璃形成能力和高熱穩(wěn)定性。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金，它的結(jié)構(gòu)式為 ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5，其中，xl=35-65 at%，x2=20_57 at%，x3=l_20 at%，x4=l_14 at%和 x5=0. 1-16. 8 at%。進(jìn)一步地所述的非晶合金的組成元素Zr、Cu、Ag、Al、Be的原料純度為96% 99. 999%。上述ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金的制備方法包括以下步驟
(1)合金錠的熔煉將純度為96% 99.999%的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料按 ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5 (xl=35_65 at%, x2=20_57 at%, x3=l_20 at%, x4=l_14 at% 和x5=0. 1-16. 8 at%)的配比置于電弧熔煉爐第一銅舟內(nèi)，再將一個(gè)Zr錠子置于電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)，將電弧熔煉爐抽真空至爐內(nèi)氣壓低于8 X 10_3Pa，然后在電弧熔煉爐內(nèi)充滿(mǎn)純度(體積百分比)高于98%的Ar氣至與外界大氣壓相等；先熔煉電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)的Zr錠子1-2分鐘進(jìn)行耗氧，隨后熔煉第一銅舟內(nèi)的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料至各成分混合均勻，得合金熔體；
(2)合金圓柱的制備可通過(guò)如下兩種方法制備合金圓柱
(2. I)吸鑄法打開(kāi)電弧熔煉爐底部真空閥門(mén)將合金熔體吸入銅模中，冷卻后即制得合金圓柱；
(2. 2)澆鑄法將合金熔體冷卻，得到合金錠子，置于澆鑄爐的Al2O3坩堝內(nèi)，將Al2O3坩堝置于電磁感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi)，Al2O3坩堝與電磁感應(yīng)線(xiàn)圈之間用保溫棉隔離，關(guān)閉爐門(mén)先后使用機(jī)械泵和油泵抽真空至爐內(nèi)氣壓低于I X 10_2Pa，然后充入純度(體積百分比)高于98%的Ar氣使?jié)茶T爐內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等；通電用電磁感應(yīng)加熱的方式將Al2O3坩堝內(nèi)的合金 錠子緩慢熔化至液態(tài)，然后傾倒坩堝將合金液體澆入銅模中，冷卻后即制得合金圓柱。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明在ZrCuAgAl體系中引入原子尺寸較小的Be元素，提高了原子堆集密度，從而抑制原子移動(dòng)和晶化過(guò)程，提高其玻璃形成能力。本發(fā)明的ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金尺寸大,完全非晶態(tài)合金棒的最大直徑可達(dá)73mm,且熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。


圖I是按照實(shí)施例I制備的ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金的DSC 圖2是按照實(shí)施例2制備的ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金的XRD圖。圖3是按照實(shí)施例2制備的ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金的DSC圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金為完全的非晶相，其結(jié)構(gòu)式為ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5 (xl=35_65 at%, x2=20_57 at%, x3=l_20 at%, x4=l_14 at% 和x5=0. 1-16. 8 at%)。所述的非晶合金的組成元素Zr、Cu、Ag、Al、Be的原料純度為96% 99. 999%。本發(fā)明ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金的制備過(guò)程如下
步驟I、合金錠的熔煉
將純度為 96% 99. 999% 的 Zr、Cu、Ag、Al、Be 純金屬原料按 ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5(xl=35-65 at%，x2=20-57 at%，x3=l_20 at%，x4=l_14 at% 和 x5=0. 1-16. 8 at%)的配比置于電弧熔煉爐(WK-II型非自耗真空直流電弧爐)第一銅舟內(nèi)，再將一個(gè)Zr錠子置于電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)，先后使用機(jī)械泵和真空泵將電弧熔煉爐抽真空至爐內(nèi)氣壓低于8X 10_3Pa，然后在電弧熔煉爐內(nèi)充滿(mǎn)純度(體積百分比)高于98%的Ar氣至與外界大氣壓相等。先熔煉電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)的Zr錠子1-2分鐘進(jìn)行耗氧，隨后熔煉第一銅舟內(nèi)的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料至各成分混合均勻,得合金熔體。步驟2、合金圓柱的制備 可通過(guò)如下兩種方法制備合金圓柱
吸鑄法打開(kāi)電弧熔煉爐底部真空閥門(mén)將合金熔體吸入銅模中，冷卻后即制得合金圓柱。澆鑄法將合金熔體冷卻，得到合金錠子，置于澆鑄爐的Al2O3坩堝內(nèi)，將Al2O3坩堝置于電磁感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi)，Al2O3坩堝與電磁感應(yīng)線(xiàn)圈之間用保溫棉隔離，關(guān)閉爐門(mén)先后使用機(jī)械泵和油泵抽真空至爐內(nèi)氣壓低于I X 10_2Pa，然后充入純度(體積百分比)高于98%的Ar氣使?jié)茶T爐內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等。通電用電磁感應(yīng)加熱的方式將Al2O3坩堝內(nèi)的合金錠子緩慢熔化至液態(tài)，然后傾倒坩堝將合金液體澆入銅模中，冷卻后即制得合金圓柱。
將合金圓柱切割成約Imm厚薄片，表面打磨平整光潔，用X射線(xiàn)衍射法表征所得樣品的結(jié)構(gòu)，用差示掃描量熱法獲得熱力學(xué)參數(shù)。實(shí)施例I
該實(shí)施實(shí)例采用銅模吸鑄法制備直徑I mm的ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5 (xl=35-65 at%，x2=20-57 at%，x3=l-20 at%，x4=l_14 at% 和 x5=0. 1-16.8 at%)大塊非晶合金。步驟I、合金錠的熔煉
將純度高于 98% 的 Zr、Cu、Ag、Al、Be 純金屬原料分別按 Zr46Cu37.54Ag8.36Al8Be0.1；Zr46Cu20.84Ag8. 3&Α18Βθ16. 8， Zr65Cu18Ag4Al8Be5, Zr35Cu57Ag1Al6Be1, Zr62.56Cu20Ag4.44Al8Be5，Zr46Cu40Ag1Al8Be5, Zr46Cu21Ag20Al8Be5, Zr46Cu3a27Ag8^3Al1Be5, Zr50Cu28.64Ag6.36Al14Bei 的配比置于電弧熔煉爐(WK-II型非自耗真空直流電弧爐)第一銅舟內(nèi)，再將一個(gè)Zr錠子置于 電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)，先后使用機(jī)械泵和真空泵將電弧熔煉爐抽真空至爐內(nèi)氣壓低于8X 10_3Pa，然后在電弧熔煉爐內(nèi)充滿(mǎn)純度(體積百分比)高于98%的Ar氣至與外界大氣壓相等。先熔煉電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)的Zr錠子1-2分鐘進(jìn)行耗氧，隨后熔煉第一銅舟內(nèi)的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料至各成分混合均勻,得合金熔體。步驟2、合金圓柱的制備
打開(kāi)電弧熔煉爐底部真空閥門(mén)將合金液體吸入內(nèi)徑I mm的銅模中，冷卻后制得直徑為I mm的合金圓柱。非晶結(jié)構(gòu)表征
將合金圓柱切割成約I mm厚薄片，表面打磨平整光潔，用差示掃描量熱法測(cè)量其DSC曲線(xiàn)并獲得熱力學(xué)參數(shù)。由圖I可知實(shí)施例I所選成分均可以獲得直徑達(dá)I _的大塊非晶合金，且其晶化開(kāi)始溫度均在400°C以上。實(shí)施例2
該實(shí)施實(shí)例采用銅模燒鑄法分別制備直徑達(dá)10 mm、52 mm、73 mm的Zr46Cu30. H-Ag8.36^I8Be7 5 大塊非日日合金。步驟I、合金錠的熔煉
將純度高于98%的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料按Zr46Cu3a 14Ag8.36Al8Be7.5的配比置于電弧熔煉爐(WK-II型非自耗真空直流電弧爐)第一銅舟內(nèi)，再將一個(gè)Zr錠子置于電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)，先后使用機(jī)械泵和真空泵將電弧熔煉爐抽真空至爐內(nèi)氣壓低于8X 10_3Pa，然后在電弧熔煉爐內(nèi)充滿(mǎn)純度(體積百分比)高于98%的Ar氣至與外界大氣壓相等。先熔煉電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)的Zr錠子1-2分鐘進(jìn)行耗氧，隨后熔煉第一銅舟內(nèi)的Zr、Cu、Ag、Al.Be純金屬原料至各成分混合均勻，得合金熔體。步驟2、合金圓柱的制備
將步驟I制備好的合金熔體冷卻得到的合金錠子置于Al2O3坩堝內(nèi)，將Al2O3坩堝置于電磁感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi)，坩堝與電磁感應(yīng)線(xiàn)圈之間用保溫棉隔離，關(guān)閉爐門(mén)先后使用機(jī)械泵和油泵抽真空至爐內(nèi)氣壓低于IX 10_2Pa，然后充入純度(體積百分比)高于98%的Ar氣使?jié)茶T爐內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等。通電用電磁感應(yīng)加熱的方式將Al2O3坩堝內(nèi)的合金錠子緩慢熔化至液態(tài)，然后傾倒i甘禍將合金液體燒入銅模中，分別選擇內(nèi)徑為10 mm、52 mm、73 mm的銅模澆鑄出不同直徑的合金圓柱。
非晶結(jié)構(gòu)表征
將合金圓柱切割成約Imm厚薄片，表面打磨平整光潔，用X射線(xiàn)衍射法表征所得樣品的結(jié)構(gòu)，用差示掃描量熱法測(cè)量其DSC曲線(xiàn)并獲得熱力學(xué)參數(shù)。由圖2、圖3可知實(shí)施例2所選成分在直徑為10 mm、52 mm、73 mm時(shí)均可以獲得大 塊非晶合金，且晶化開(kāi)始溫度在400°C以上。上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金，其特征在于它的結(jié)構(gòu)式為ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5,其中，xl=35-65 at%，x2=20-57 at%，x3=l_20 at%，x4=l_14 at% 和 x5=0. 1-16.8 at%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ZrCuAgAlBe大塊非晶合金體系，其特征在于所述的非晶合金的組成元素Zr、Cu、Ag、Al、Be的原料純度為96% 99. 999%。
3.一種權(quán)利要求I所述ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金的制備方法,其特征在于,該方法包括以下步驟 (1)合金錠的熔煉將純度為96% 99.999%的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料按 ZrxlCux2Agx3Alx4Bex5 (xl=35_65 at%, x2=20_57 at%, x3=l_20 at%, x4=l_14 at% 和x5=0. 1-16. 8 at%)的配比置于電弧熔煉爐第一銅舟內(nèi)，再將一個(gè)Zr錠子置于電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)，將電弧熔煉爐抽真空至爐內(nèi)氣壓低于8 X 10 ,然后在電弧熔煉爐內(nèi)充滿(mǎn)純度(體積百分比)高于98%的Ar氣至與外界大氣壓相等；先熔煉電弧熔煉爐第二銅舟內(nèi)的Zr錠子1-2分鐘進(jìn)行耗氧，隨后熔煉第一銅舟內(nèi)的Zr、Cu、Ag、Al、Be純金屬原料至各成分混合均勻，得合金熔體； (2)合金圓柱的制備可通過(guò)如下兩種方法制備合金圓柱 (2. I)吸鑄法打開(kāi)電弧熔煉爐底部真空閥門(mén)將合金熔體吸入銅模中，冷卻后即制得合金圓柱； (2. 2)澆鑄法將合金熔體冷卻，得到合金錠子，置于澆鑄爐的Al2O3坩堝內(nèi)，將Al2O3坩堝置于電磁感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi)，Al2O3坩堝與電磁感應(yīng)線(xiàn)圈之間用保溫棉隔離，關(guān)閉爐門(mén)先后使用機(jī)械泵和油泵抽真空至爐內(nèi)氣壓低于I X 10_2Pa，然后充入純度(體積百分比)高于98%的Ar氣使?jié)茶T爐內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等；通電用電磁感應(yīng)加熱的方式將Al2O3坩堝內(nèi)的合金錠子緩慢熔化至液態(tài)，然后傾倒坩堝將合金液體澆入銅模中，冷卻后即制得合金圓柱。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種ZrCuAgAlBe系大塊非晶合金，該非晶合金為完全的非晶相，結(jié)構(gòu)式為Zrx1Cux2Agx3Alx4Bex5，x1=35-65at%，x2=20-57at%，x3=1-20at%，x4=1-14at%和x5=0.1-16.8at%，該大塊非晶合金尺寸至少1毫米，完全非晶態(tài)合金棒的最大直徑可達(dá)73mm，且具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102796971SQ20121033052
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者蔣建中, 樓洪波, 王曉東, 丁少慶, 熊良華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)