一種鋯基非晶合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非晶合金及其制備方法，特別是一種鋯基非晶態(tài)合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶合金出現(xiàn)于上個世紀六十年代，常用的非晶合金體系有：Zr基、Ti基、Cu基、 Fe基、Pd基、Pt基、Mg基、Co基、Ca基和稀土基的Y基、La基、Pr基、Nd基等。最初的非晶 合金由于臨界尺寸（形成非晶的最大尺寸）只能達到微米級，而難以得到實際應(yīng)用。大塊非 晶合金因其獨特的微觀結(jié)構(gòu)--長程無序、短程有序，具有晶態(tài)合金所無法比擬的機械性 能，如強度、硬度高、彈性好、耐蝕、耐磨等，在航空、航天領(lǐng)域、IT電子、機械、化工等行業(yè)有 廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 其中，鋯基非晶合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，是目前非晶領(lǐng)域研究的熱點，并 有部分合金已經(jīng)應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)，如Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金，用于生產(chǎn)高爾夫球頭； Zr-Cu-Al-Ni-Nb合金，以用于生產(chǎn)手機零部件。但現(xiàn)有的鋯基非晶合金的密度在6g/cm3到 7g/cm 3,這對于要求質(zhì)輕的3c產(chǎn)品零部件，材質(zhì)密度仍顯過大；鋯基非晶合金雖已商業(yè)化 應(yīng)用，但通常需要高純凈度的原材料，由于雜質(zhì)的污染而且難于循環(huán)再回收利用，高昂的成 本導(dǎo)致無法大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有的鋯基非晶合金的密度大、臨界尺寸小的技術(shù)問題，提供一種 密度輕、臨界尺寸大的鋯基非晶合金及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種鋯基非晶合金，所述鋯基非晶合金的組成為ZraTibBe cMdRe，其中 a、b、c、d、e為原子百分數(shù)；25彡a彡35,30彡b彡40，10彡c彡25，10彡d彡20,0〈e〈2， 且 a+b+c+d+e=100 ;所述 M 為 Co、Cu、Cr、Hf 和 Nb 中的一種或幾種；所述 R 為 Pr、Nd、Sm、Gd、 Tb、Dy和Y中的一種或幾種。
[0007] 本發(fā)明還提供了一種鋯基非晶合金的制備方法，該方法包括： 1) 母合金鑄錠的制備：在保護氣體氣氛下，將非晶合金原料在真空熔煉爐中進行熔煉 后，冷卻成型； 2) 成型方法：將步驟1)制得的母合金鑄錠重新熔化，采用重力澆鑄、吸鑄、噴鑄或壓鑄 方式將合金溶液倒入成型模具中冷卻得到非晶合金； 其中，所述非晶合金原料包括Zr、Ti、Be、M和R的加入量滿足通式ZraTibBe cMdRe表示的 各組分的比例，其中a、b、c、d、e為原子百分數(shù)；25彡a彡35, 30彡b彡40,10彡c彡25， 10彡d彡20,0〈e〈2，且a+b+c+d+e=100;所述M為Co、Cu、Cr、Hf和Nb中的一種或幾種 ；所 述R為Pr、NcU Sm、GcU Tb、Dy和Y中的一種或幾種。
[0008] 本發(fā)明提供的鋯基非晶合金，其密度為5. 5g/cm3,顯著低于現(xiàn)有的鋯基非晶合金 密度；同時本發(fā)明的非晶合金的臨界尺寸大。能夠適用于要求高的3c產(chǎn)品的要求。
【附圖說明】
[0009] 圖1為實施例1得到的非晶合金的XRD圖。
【具體實施方式】
[0010] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011] 本發(fā)明提供了一種鋯基非晶合金，所述鋯基非晶合金的組成為ZraTibBe cMdR6，其中 a、b、c、d、e為原子百分數(shù)；25彡a彡35,30彡b彡40，10彡c彡25，10彡d彡20,0〈e〈2， 且 a+b+c+d+e=100 ;所述 M 為 Co、Cu、Cr、Hf 和 Nb 中的一種或幾種；所述 R 為 Pr、Nd、Sm、Gd、 Tb、Dy和Y中的一種或幾種。
[0012] 本發(fā)明提供的鋯基非晶合金，具有足夠大的非晶形成能力，臨界尺寸可以達到8_ 以上；眾所周知，過小的非晶形成能力，很難用于成型制造大零件尺寸的非晶產(chǎn)品，只能用 于生產(chǎn)非晶薄片，因此本發(fā)明的鋯基非晶合金適合于生產(chǎn)制造壁厚度在3mm以下的高強度 結(jié)構(gòu)件，例如3C產(chǎn)品的內(nèi)構(gòu)件、殼體；汽車零部件中的小型精密高強度部件等。本發(fā)明的非 晶合金中，同時不含有鎳元素，鎳元素的存在會產(chǎn)生鎳析出，而易于引起人體的過敏，因此 本發(fā)明的鋯基非晶合金特別易于作為3C產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金，為了使非晶合金的密度更小、臨界尺寸更大， 優(yōu)選地，所述M為Co、Cu中的一種或兩種；所述R為Y元素。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金，優(yōu)選地，所述Zr、Ti、Be、M、R的純度為大于 97%。所述非晶合金中還包括0-3%的金屬雜質(zhì)，所述金屬雜質(zhì)為過渡族元素中的一種或幾 種。本發(fā)明的鋯基非晶合金，可以采用低純度工業(yè)原材料生產(chǎn)制造，其原材料純度僅需要達 到97%以上重量百分比純度即可，這樣就可以允許材料中有l(wèi)-3wt%的雜質(zhì)含量，優(yōu)選金屬 元素，對于工業(yè)化生產(chǎn)而言就可以采用邊角料、回收料以及低品質(zhì)的工業(yè)化原材料，這可以 有效的降低鋯基非晶合金的生產(chǎn)成本，同時有利于非晶合金在生產(chǎn)過程中的回收利用。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金，優(yōu)選地，所述非晶合金的臨界尺寸大于等于 8mm 〇
[0016] 本發(fā)明還提供了一種鋯基非晶合金的制備方法，該方法包括： 1) 母合金鑄錠的制備：在保護氣體氣氛下，將非晶合金原料在真空熔煉爐中進行熔煉 后，冷卻成型； 2) 成型方法：將步驟1)制得的母合金鑄錠重新熔化，采用重力澆鑄、吸鑄、噴鑄或壓鑄 方式將合金溶液倒入成型模具中冷卻得到非晶合金； 其中，所述非晶合金原料包括Zr、Ti、Be、M和R的加入量滿足通式ZraTibBe cMdRe表示的 各組分的比例，其中a、b、c、d、e為原子百分數(shù)；25彡a彡35, 30彡b彡40,10彡c彡25， 10彡d彡20,0〈e〈2，且a+b+c+d+e=100;所述M為Co、Cu、Cr、Hf和Nb中的一種或幾種 ；所 述R為Pr、NcU Sm、GcU Tb、Dy和Y中的一種或幾種。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金的制備方法，優(yōu)選地，所述保護氣體為氬氣、氮 氣、氦氣、氖氣、氪氣、氣氣中的一種或幾種。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金的制備方法，優(yōu)選地，所述熔煉溫度為 800-1200°C，熔煉時間為 5-40min。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金的制備方法，優(yōu)選地，所述M為Co和Cu中的一 種或兩種；所述R為Y。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鋯基非晶合金的制備方法，優(yōu)選地，所述Zr、Ti、Be、M、R的 純度為97-100%。 下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0021] 實施例1 按照Zr3tlTi32Be22Co6Cu 9Pr進行合金配比，金屬鋯采用工業(yè)級HZr-I海綿鋯，鈦采用純度 大于99%的工業(yè)級海綿鈦，鈹采用純度99%的工業(yè)鈹錠，鈷采用純度大于99%的鈷錠，銅采 用1#廢舊銅，純度約為97%，鐠采用純度為99%的鐠金屬。
[0022] 合金配比完成后投入真空熔煉爐中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氬氣進行氣 氛保護，進行合金化冶煉，冶煉溫度為1200°C,冶煉時間為15Min,冶煉完成后將合金烙體 鑄入銅模具中，獲得直徑介于5mm到30mm的非晶合金Al。
[0023] 實施例2 按照Zr25Ti35Be25Cr5Cu 9Nd進行合金配比，金屬鋯采用工業(yè)級HZr-I海綿鋯，鈦采用純度 大于99%的工業(yè)級海綿鈦，鈹采用純度99%的工業(yè)鈹錠，鉻采用純度大于99%的鉻錠，銅采 用1#廢舊銅，純度約為97%，釹采用純度為99%的釹金屬。
[0024] 合金配比完成后投入真空熔煉爐中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氬氣進行氣 氛保護，進行合金化冶煉，冶煉溫度為1200°C,冶煉時間為15Min,冶煉完成后將合金烙體 鑄入銅模具中，獲得直徑介于5mm到30mm的非晶合金A2。
[0025] 實施例3 按照Zr35Ti3ciBe24CultlSm進行合金配比，金屬鋯采用工業(yè)級HZr-I海綿鋯，鈦采用純度大 于99%的工業(yè)級海綿鈦，鈹采用純度99%的工業(yè)鈹錠，銅采用1#廢舊銅，純度約為97%，釤采 用純度為99%的釤金屬。
[0026] 合金配比完成后投入真空熔煉爐中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氬氣進行氣 氛保護，進行合金化冶煉，冶煉溫度為1200°C,冶煉時間為15Min,冶煉完成后將合金烙體 鑄入銅模具中，獲得直徑介于5mm到30mm的非晶合金A3。
[0027] 實施例4 按照Zr25Ti37Be17Nb2tlGd進行合金配比，金屬鋯采用工業(yè)級HZr-I海綿鋯，鈦采用純度大 于99%的工業(yè)級海綿鈦，鈹采用純度99%的工業(yè)鈹錠，鈮采用純度約為99%的鈮條，釓采用 純度為99%的釓金屬。
[0028] 合金配比完成后投入真空熔煉爐中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氬氣進行氣 氛保護，進行合金化冶煉，冶煉溫度為1200°C,冶煉時間為15Min,冶煉完成后將合金烙體 鑄入銅模具中，獲得直徑介于5mm到30mm的非晶合金A4。
[0029] 實施例5 按照Zr3tlTi32Be22Cr6Cu 9Tb進行合金配比，金屬鋯采用工業(yè)級HZr-I海綿鋯，鈦采用純度 大于99%的工業(yè)級海綿鈦，鈹采用純度99%的工業(yè)