本發(fā)明涉及非晶態(tài)合金材料領(lǐng)域，以常見金屬鋯、銅、鎳、鋁為主要組元，通過添加和調(diào)整微量稀土元素鉺的含量得到具有大塑性和高強(qiáng)度的鋯基塊體非晶合金。

背景技術(shù)：

非晶合金是在大的冷卻速率下，越過結(jié)晶過程，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下凝固形成所謂的非晶態(tài)合金。相比較于晶態(tài)合金，非晶態(tài)合金具備晶態(tài)合金沒有的性能或達(dá)不到要求的某些性能，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晶態(tài)合金，但就是因?yàn)榉蔷Ш辖鹁哂蟹浅８叩膹?qiáng)度，幾乎接近于理論強(qiáng)度，所以它的塑性就相對較低，會(huì)發(fā)生無征兆的脆性斷裂，如果將這種材料應(yīng)用到實(shí)踐中就會(huì)容易引發(fā)災(zāi)難。作為一種正在興起的且非常有前景的結(jié)構(gòu)材料，就是因?yàn)槠渌苄蕴顕?yán)重制約著它們的廣泛應(yīng)用，因此，如何增加非晶合金的塑性已成為這個(gè)領(lǐng)域多年來研究的重點(diǎn)。

在最近幾十年的探索中，圍繞如何提高非晶合金的塑性，許多科研人員提出了很多方法，比如制備復(fù)合材料，添加增韌性元素等。通過制備復(fù)合材料的方法可以適當(dāng)?shù)靥岣咚苄?，但同時(shí)也降低了非晶合金的強(qiáng)度，該方法的工藝復(fù)雜且不易控制，有時(shí)還受多種條件的限制，不是理想的增韌方式。

前期研究工作表明，添加增韌性元素來提高非晶合金塑韌性的方法簡單且效果明顯，尤其是稀土元素的添加，不僅可以增加韌性，也可以增加強(qiáng)度，是一種理想的增韌方式。因此，可以在合金體系中添加稀土元素鉺，以成分設(shè)計(jì)的方式獲得具有大塑性、高強(qiáng)度的塊體非晶合金。本發(fā)明中主要元素都是價(jià)格便宜的常見金屬，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種既保持良好的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性，又改進(jìn)其力學(xué)性能，尤其能夠增強(qiáng)增韌的鋯基塊體非晶合金。

本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供一種獲得上述鋯基塊體非晶合金的制備方法。

本發(fā)明是一種大塑性高強(qiáng)度鋯基塊體非晶合金，其組分為（zr63.36cu14.52ni10.12al12）1-xerx，其中0≤x≤10%。

以上所述的大塑性高強(qiáng)度鋯基塊體非晶合金的制備方法，其步驟為：

（1）配料：按照組成公式所需要的原子摩爾比例配料，所述的組成公式：（zr63.36cu14.52ni10.12al12）1-xerx，其中0≤x≤10%，稱取各組分；

（2）熔煉：將步驟（1）稱得的所需原料放入真空高頻電磁感應(yīng)加熱爐中，調(diào)節(jié)真空磁懸浮熔煉爐的真空度至1×10^-3～5×10^-3pa，然后充高純氬氣使真空室的真空度至1×10^-4～8×10^-4pa，進(jìn)行母合金的熔煉，反復(fù)熔煉3～5次，使各組分混合均勻，經(jīng)冷卻后得到母合金錠；

（3）吸鑄：采用銅模吸鑄法制備非晶材料試樣：將步驟2)制備的（zr63.36cu14.52ni10.12al12）1-xerx母合金放入磁懸浮熔煉水冷坩堝中，調(diào)節(jié)真空磁懸浮熔煉爐的真空度至1×10^-3～5×10^-3pa，然后充高純氬氣使真空室的真空度至1×10^-4～8×10^-4pa，將母合金重熔，在感應(yīng)電壓7~10kv下熔煉1~5min后，將感應(yīng)電壓降至5~8kv下通過負(fù)壓銅模吸鑄法將合金液吸鑄成棒材。

本發(fā)明提供的鋯基塊體非晶合金與現(xiàn)有的塊體非晶合金相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：具有優(yōu)良的的塑性變形能力，同時(shí)通過強(qiáng)烈的加工硬化現(xiàn)象達(dá)到了很高的強(qiáng)度，其室溫壓縮塑性應(yīng)變?yōu)?0%~50%，壓縮屈服強(qiáng)度為1400~1700mpa，抗壓強(qiáng)度為1500~3000mpa，斷裂強(qiáng)度為1400~3000mpa；具有強(qiáng)的非晶形成能力及熱穩(wěn)定性，過冷液相區(qū)寬度?t=80～100℃；具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（tg=360～400℃），有利于在較低的溫度下進(jìn)行成形。本發(fā)明提供了一種新的結(jié)構(gòu)材料，在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為所獲得的鋯基塊體非晶合金的鑄態(tài)xrd圖，圖2為所獲得鋯基塊體非晶合金的室溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線，圖3為所獲得鋯基塊體非晶合金的差示掃描量熱（dsc）)曲線圖，升溫速率為20k/min。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種大塑性高強(qiáng)度鋯基塊體非晶合金，其組分為（zr63.36cu14.52ni10.12al12）1-xerx，其中0≤x≤10%。

以上所述的大塑性高強(qiáng)度鋯基塊體非晶合金的制備方法，其步驟為：

（1）配料：按照組成公式所需要的原子摩爾比例配料，所述的組成公式：（zr63.36cu14.52ni10.12al12）1-xerx，其中0≤x≤10%，稱取各組分；

（2）熔煉：將步驟（1）稱得的所需原料放入真空高頻電磁感應(yīng)加熱爐中，調(diào)節(jié)真空磁懸浮熔煉爐的真空度至1×10^-3～5×10^-3pa，然后充高純氬氣使真空室的真空度至1×10^-4～8×10^-4pa，進(jìn)行母合金的熔煉，反復(fù)熔煉3～5次，使各組分混合均勻，經(jīng)冷卻后得到母合金錠；

（3）吸鑄：采用銅模吸鑄法制備非晶材料試樣：將步驟（2）制備的（zr63.36cu14.52ni10.12al12）1-xerx母合金放入磁懸浮熔煉水冷坩堝中，調(diào)節(jié)真空磁懸浮熔煉爐的真空度至1×10^-3～5×10^-3pa，然后充高純氬氣使真空室的真空度至1×10^-4～8×10^-4pa，將母合金重熔，在感應(yīng)電壓7~10kv下熔煉1~5min后，將感應(yīng)電壓降至5~8kv下通過負(fù)壓銅模吸鑄法將合金液吸鑄成棒材。

以上所述步驟（1）中的稀土元素er的純度不低于99.99wt%，zr、cu、ni、al的純度均不低于99.9wt%。

實(shí)施例1：制備（zr63.36cu14.52ni10.12al12）97.8er2.2塊體非晶合金：

（1）配料：選用純度大于99.9%的zr、cu、ni、al和純度大于99.99%的稀土元素er，按照組成公式所需要的原子摩爾比例配料，稱取各組分；

（2）熔煉：將步驟（1）稱得的所需原料放入真空高頻電磁感應(yīng)加熱爐中，調(diào)節(jié)真空磁懸浮熔煉爐的真空度1×10^-3～5×10^-3pa，然后充高純氬氣使真空室的真空度至1×10^-4～8×10^-4pa進(jìn)行熔煉，母合金錠反復(fù)熔煉3～5次，使各組分混合均勻，經(jīng)冷卻后得到母合金錠；

（3）吸鑄：采用銅模吸鑄法制備非晶合金試樣：將步驟2)制備的（zr63.36cu14.52ni10.12al12）97.8er2.2母合金放入磁懸浮熔煉水冷坩堝中，調(diào)節(jié)真空磁懸浮熔煉爐的真空度1×10^-3～5×10^-3pa，然后充高純氬氣使真空室的真空度至1×10^-4～8×10^-4pa，將母合金重熔，在感應(yīng)電壓7~10kv下熔煉1~5min后，將感應(yīng)電壓降至5~8kv下通過負(fù)壓銅模吸鑄法將合金液吸鑄成棒材。

如圖1所示的各種er含量合金的x射線衍射（xrd）圖譜可以證明所制備的不同er含量的合金均為完全非晶態(tài)合金。

如圖2所示為各種er含量鋯基塊體非晶合金的室溫壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如表1所示為本發(fā)明的各種er含量鋯基塊體非晶合金的力學(xué)性能參數(shù)。由圖2結(jié)合表1可以得出：稀土元素er的添加可以明顯的增加鋯基非晶合金的塑性及強(qiáng)度；當(dāng)稀土元素er含量增加到x=2.2時(shí)，其壓縮屈服強(qiáng)度為1532mpa，抗壓強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度為2130mpa，塑性應(yīng)變?yōu)?5.54%，約是不加稀土元素er的鋯基塊體非晶合金的6倍，同時(shí)在發(fā)生塑性變形階段表現(xiàn)出了明顯的鋸齒流變行為和強(qiáng)烈的加工硬化現(xiàn)象，表現(xiàn)出了較優(yōu)異的力學(xué)性能。

表1本發(fā)明的各種er含量合金的力學(xué)性能參數(shù)：

圖3所示各種er含量鋯基塊體非晶合金的熱分析（dsc）圖，表2所示為本發(fā)明的各種er含量鋯基塊體非晶合金的熱物性參數(shù)，由圖3結(jié)合表2可以看出，該鋯基塊體非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度tg=389℃，相比于其他鋯基塊體非晶合金而言，該鋯基塊體非晶合金具有較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度；?t=tx-tg=85℃，具有良好的熱穩(wěn)定性。

表2本發(fā)明的各種er含量鋯基塊體非晶合金的熱物性參數(shù)：

實(shí)施例2：制備（zr63.36cu14.52ni10.12al12）97.4er2.6塊體非晶合金：

其制備方法與實(shí)施例1一樣，其壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示，結(jié)合表1可以看出：當(dāng)稀土元素er含量增加到x=2.6時(shí)，其壓縮屈服強(qiáng)度為1495mpa，抗壓強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度為2538mpa，塑性應(yīng)變?yōu)?4.87%，約是不加稀土元素er的鋯基塊體非晶合金8倍，同樣在發(fā)生塑性變形階段表現(xiàn)出了明顯的鋸齒流變行為和強(qiáng)烈的加工硬化現(xiàn)象，在室溫下具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。

如圖3和表2所示，該鋯基塊體非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度tg=389℃，該鋯基塊體非晶合金具有較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度；?t=82℃，具有良好的熱穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的鋯基塊體非晶合金具有優(yōu)異的室溫力學(xué)性能、優(yōu)良的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。