CN105132837A - 一种低成本块体非晶合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及块体非晶合金制造技术领域，尤其涉及一种低成本块体非晶合金，所述非晶合金的组成为：Zr_a(Hf,Ti)_bAl_c(Cu_xNi_y)_d(Ag,Re)_e(Li,Na,K,Si,Mg,Ca)_fO_g，其中a、b、c、d、e、f、g为各元素在非晶合金中对应的原子百分比含量，分别为：45≤a≤70，5≤b≤10，3≤c≤15，20≤d≤40，0≤e≤3，0≤f≤10，0.05≤g≤1，且0.2≤x/y≤5，0.1≤e+f≤10，Re为稀土元素中的一种或几种。本发明提供了一种低成本块体非晶合金，大幅度降低了配方对氧含量的敏感度，在较高的氧含量下，仍然可以形成较大块的、可工业化应用的块体非晶。

Description

一种低成本块体非晶合金

技术领域

本发明涉及块体非晶合金制造技术领域，尤其涉及一种低成本块体非晶合金。

背景技术

Zr基非晶合金由于其结构的特殊性使其具有诸多优异的性能，如：高强度(≥1500MPa)、高硬度(约HRC50)、高弹性极限(约2％)、优异的耐腐蚀性和液态近终成形性等，在消费电子、医疗卫生、航空航天和交通运输等领域具有重要应用前景。

对于Zr基非晶合金，目前已经开发出多种合金成分，如美国开发的Zr-Ti-Cu-Ni-Be体系的合金系，临界冷速达到1K/s，非晶形成能力强、可制造能力强，但该合金体系中由于有毒元素Be元素的存在，制约其广泛应用。日本开发的Zr-Al-Ni-Cu合金体系，其非晶形成尺寸可以达到φ30mm，但该合金体系所需制备条件比较苛刻，需要高纯度原材料和高真空度制备技术。

现有的Zr基合金的GFA与韧性对合金中氧含量特别敏感。由于锆和氧具有很强的结合力，合金熔体中容易生成氧化锆或锆/氧团簇，它们可作为非均质成核的核心，使合金的GFA降低，同时微小的结晶在合金中成为微裂纹源，使得合金的韧性也随之下降。由于在普通的实验室或工业生产条件下，Zr基非晶合金中不可避免地会引入一定量的氧，因此生产过程中必须采用昂贵的高纯原材料、而且熔炼、压铸过程要求抽高真空，真空度往往要求10^-2Pa以上甚至10^-3Pa，以防止合金中氧含量的升高造成非晶GFA的降低。高纯原料(99.9％以上)及苛刻的保护性气氛造成Zr基非晶合金的制备成本非常高，不能满足大规模的量产。当采用市场上较为普遍的工业级原料时，又不能制备出具有一定尺寸的非晶态结构的部件及产品，同时还会导致合金的韧性大幅下降，从而导致最终产品可靠性大幅下降，严重制约了其生产和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中非晶合金体系在工业化连续性生产过程中对氧含量的敏感度较高，很难形成块状非晶的问题，本发明提供了一种低成本块体非晶合金，大幅度降低了配方对氧含量的敏感度，在较高的氧含量下，仍然可以形成块的、可工业化应用的块体非晶。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低成本块体非晶合金，所述非晶合金的组成为：Zr_a(Hf,Ti)_bAl_c(Cu_xNi_y)_d(Ag,Re)_e(Li,Na,K,Si,Mg,Ca)_fO_g，其中a、b、c、d、e、f、g为各元素在非晶合金中对应的原子百分比含量，分别为：45≤a≤70，5≤b≤10，3≤c≤15，20≤d≤40，0≤e≤3，0≤f≤10，0.05≤g≤1，且0.2≤x/y≤5，0.1≤e+f≤10，Re为La、Ce、Po、Ho、Er、Nd、Gd、Dy、Sc、Eu、Tm、Tb、Pr、Sm、Yb、Lu、Y元素中的一种或几种。

作为优选，所述Re为La、Ce、Po、Ho、Er、Nd、Gd、Dy、Sc、Eu、Tm、Tb、Pr、Sm、Yb、Lu元素中的一种或几种与Y的组合。

具体地，所述Ti占所有原子百分含量不小于5。

具体地，所述各元素在非晶合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤60，5≤b≤7，7≤c≤12，25≤d≤35，0.1≤e≤1.5，0.5≤f≤10，0.05≤g≤1。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种低成本块体非晶合金，大幅度降低了配方对氧含量的敏感度，在较高的氧含量下，仍然可以形成极限非晶尺寸较大的、韧性较为优异的块体非晶，且成本低廉，非常适合工业化生产；本发明的块体非晶合金中引入了Li,Na,K,Si,Mg,Ca等元素，这些元素的原子尺寸小，有利于原子在微观形态上的堆积，能够有效抑制金属液体在冷却过程中的晶化，同时在熔融状态下与O原子的亲和度高于Zr，易形成低密度的氧化物浮在金属液表面，并于真空气氛下分解，从而从根本上增加了非晶合金的形成能力，从而使非晶合金制成所需原材料的选择范围更为宽广，并可在不选择高纯原材料的条件下，具有良好非晶形成能力，同时降低生产工艺条件，大大降低生产成本。

附图说明

图1为利用本发明的一种低成本块体非晶合金制备出的测试样件结构示意图；

图2是本发明所用的测试样件所使用的测试仪器。

具体实施方式

本发明中块体非晶合金的制备工艺如下：

本实施例所采用的原料Hf，Al，Cu，Ni，Ag，Re，Li，Na，K，Si，Mg，Ca均为工业级纯度的金属，Zr和Ti金属为海绵锆、海绵钛，Hf也可以选择含一定量Hf的海绵锆，O可以为金属氧化物或其他杂质带入的氧，按原子百分比配好原料后，在氩气保护，经电弧熔炼或感应熔炼制备出母合金锭。为了保证所炼合金锭均匀，在电弧熔炼母合金锭时，需翻转3～4次，然后通过Cu模具浇铸，感应加热温度约1000℃，真空度10^-1～10^-2Pa。

具体实施例如下表所示：

韧性测试方法：

对各配方母合金使用真空压铸机分别制备出测试样件(如图1所示)至少20个,在试样件中板上装载特定重量配重块,利用预留孔锁紧,配重块重量结合产品应用实际,本专利优选使用200g配重块，并对测试样件进行1米滚筒(如图2所示)跌落测试，将测试样件放入滚筒1内，从控制箱2出开启测试仪器，在滚筒1转动100圈后记录断裂的测试样件占总测试样件的比例。断裂的测试样件占总测试样件的比例越低，则说明该配方的韧性越好。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种低成本块体非晶合金，其特征在于，所述非晶合金的组成为：Zr_a(Hf,Ti)_bAl_c(Cu_xNi_y)_d(Ag,Re)_e(Li,Na,K,Si,Mg,Ca)_fO_g，其中a、b、c、d、e、f、g为各元素在非晶合金中对应的原子百分比含量，分别为：45≤a≤70，5≤b≤10，3≤c≤15，20≤d≤40，0≤e≤3，0≤f≤10，0.05≤g≤1，且0.2≤x/y≤5，0.1≤e+f≤10，Re为La、Ce、Po、Ho、Er、Nd、Gd、Dy、Sc、Eu、Tm、Tb、Pr、Sm、Yb、Lu、Y元素中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的一种低成本块体非晶合金，其特征在于：所述Re为La、Ce、Po、Ho、Er、Nd、Gd、Dy、Sc、Eu、Tm、Tb、Pr、Sm、Yb、Lu元素中的一种或几种与Y的组合。

3.如权利要求1所述的一种低成本块体非晶合金，其特征在于：所述Ti占多有原子百分含量不小于5。

4.如权利要求1所述的一种低成本块体非晶合金，其特征在于：所述各元素在非晶合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤60，5≤b≤7，7≤c≤12，25≤d≤35，0.1≤e≤1.5，0.5≤f≤10，0.05≤g≤1。