一種鋯基非晶合金及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鋯基非晶合金，以鋯、銅、鎳、鋁、銀為組元，其組成由下列通式表示：Zr70-xCu12.5Ni10Al7.5Agx，其中1≤x≤10。通過銀部分取代鋯組元，采用真空電弧熔煉和吸鑄成型的方法制得。本發(fā)明專利技術(shù)的鋯基非晶合金具有優(yōu)異的塑性變形能力和較高的強度。另外，該非晶合金具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和初始晶化溫度，有較寬的過冷液相區(qū)，具有潛在的應(yīng)用前景。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，屬于非晶態(tài)合金制備領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
合金熔體在冷卻凝固過程中有自發(fā)結(jié)晶的趨勢。但是當(dāng)冷卻速率足夠大時，合金將越過結(jié)晶過程而形成非晶合金。非晶合金是一種亞穩(wěn)態(tài)，原子在三維空間中呈拓撲無序排列，不具有長程周期平移對稱性，結(jié)構(gòu)上不存在晶界、位錯和偏析等缺陷。正是由于非晶合金具有這種特殊的微觀結(jié)構(gòu)，所以表現(xiàn)出極高的強度和硬度，高彈性極限，優(yōu)異的耐磨和耐蝕性，同時表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁和硬磁及超導(dǎo)特性。目前在電子、電力、化工、機械、航空等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而，非晶合金形變軟化的固有特性，使其在屈服后的塑性變形局限于非常窄的剪切帶內(nèi)，導(dǎo)致室溫時的整體塑性較差，嚴重制約了其在工程上的應(yīng)用。因此，·如何提高非晶合金的塑性成為該領(lǐng)域的研究熱點之一。目前主要通過在非晶基體中引入第二相來提高其塑性，可以分為外加復(fù)合和原位析出。引入的第二相可以把剪切帶有效地隔離，從而阻止剪切帶的過度擴展，促進多重剪切帶的形成。由于復(fù)合材料的制備對所引入的第二相要求與基體有好的潤濕性，同時抑制與其進行反應(yīng)，還要求相近的熱膨脹系數(shù)等，所以復(fù)合材料的設(shè)計過程復(fù)雜，工藝難以控制，材料性能的可重復(fù)性較差。相關(guān)研究工作表明，塊體非晶合金的塑性與微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性密切相關(guān)。當(dāng)塊體非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)中存在二十面體短程或中程有序時，會導(dǎo)致非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)不均勻。高度密堆結(jié)構(gòu)的二十面體短程有序團簇所具有的自由體積含量少，抵抗變形的能力較強，屬于硬相區(qū)；而二十面體團簇周圍的區(qū)域自由體積含量相對較多，抵抗變形的能力較弱，屬于軟相區(qū)。在變形中剪切帶優(yōu)先在軟相區(qū)形成，剪切帶的擴展受到硬相區(qū)的阻礙，促進多重剪切帶的形成，讓更多的剪切帶參與變形，進而提高材料的塑性變形能力。材料的結(jié)構(gòu)決定其性能，所以通過引入二十面體短程或中程有序使其微觀結(jié)構(gòu)不均勻，可以有效地提高非晶合金的塑性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服目前鋯基非晶合金塑性較差的缺點，通過在非晶相中引入二十面體短程或中程有序來制備得到一種具有優(yōu)異塑性變形能力的鋯基非晶合金。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種鋯基非晶合金，以鋯、銅、鎳、鋁、銀為組元，通過銀部分取代鋯組元，其組成由下列通式表示Zr7(l_xCu12.5Ni1(lAl7.5Agx,各組元的下標(biāo)表示該組元在合金中的質(zhì)量百分含量，各下標(biāo)總和為100，其中，O ^ X ^ IO0本專利技術(shù)還提供一種上述鋯基非晶合金的制備方法，包括如下步驟(I)配料精確稱取鋯、銅、鎳、鋁、銀單質(zhì)組元，均勻混合。( 2 )耗氧在真空電弧熔煉爐中通入氬氣，并用純鈦對所述真空電弧熔煉爐進行耗氧，除盡其中的氧氣；(3)熔煉將步驟(I)所得混合料置于步驟(2)所述的真空電弧熔煉爐中，在步驟(2)所得的高純氬氣氣氛保護下，進行反復(fù)熔煉，得到母合金鑄錠；(4)澆鑄成型將步驟(2)制得的母合金鑄錠重新熔化，澆鑄到模具中冷卻，得到所述的鋯基非晶合金；所述鋯、銅、鎳、鋁、銀各單質(zhì)組元的純度≤99. 9%。進行步驟(2)所述的耗氧，目的是耗盡所述真空熔煉爐中通入的保護氬氣中的氧氣，避免后續(xù)合金熔煉過程中組分試樣的氧化。步驟(2)所述通入的氬氣的純度為99. 999%。·步驟(3)所述的真空熔煉爐的真空度為2X 10_3 3X 10_3Pa，優(yōu)選為2X 10_3Pa。步驟(3)所述反復(fù)熔煉的次數(shù)為> 4次,每次熔煉的時間為> lmin。步驟(3)所述熔煉的電流為200 250A，優(yōu)選為200A。熔煉的溫度與熔煉電流的大小密切相關(guān)，電流越大，熔煉的溫度越高。步驟(3)所述的反復(fù)熔煉過程為耗氧后，將電弧移至待熔合金組分試樣中，嚴格控制好各工藝參數(shù)進行熔煉，待合金冷卻凝固后，用機械手將鑄錠翻轉(zhuǎn)，然后進行下一次的熔煉，翻轉(zhuǎn)的目的是保證母合金熔煉更加均勻，如此反復(fù)多次熔煉。步驟(4)所述的澆鑄方法為吸鑄。步驟(4)所述的澆鑄的模具的材料為紫銅。步驟(4)所述模具的冷卻方式為水冷。步驟(4)所述冷卻的速度為200 300K/s。由所述制備方法制備的鋯基非晶合金試樣的尺寸與形狀取決于模具內(nèi)腔的大小及形狀。如，可以得到長度為60mm、直徑為2mm的棒狀鋯基非晶合金。本專利技術(shù)的技術(shù)效果及優(yōu)點在于I.本專利技術(shù)制備的鋯基非晶合金具有較高的壓縮強度和優(yōu)異的塑性變形能力，其強度在1480 1670MPa,塑性在8% 14. 5%。2.本專利技術(shù)的鋯基非晶合金具有較高的非晶形成能力，所需的臨界冷卻速率低，抑制結(jié)晶能力較強，可以較容易制備出至少2毫米的棒狀非晶試樣。3.本專利技術(shù)形成的鋯基非晶合金具有較寬的過冷液相區(qū)，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在624 655K，初始晶化溫度在697 744K，過冷液相區(qū)的寬度在73 89K。4.本專利技術(shù)工藝方法簡單，不需要特殊設(shè)備的投入，在一般的真空電弧熔煉爐內(nèi)即可實現(xiàn)，易于批量生產(chǎn)。5.本專利技術(shù)操作工藝簡單，重復(fù)性好，具有很好的應(yīng)用前景。附圖說明圖I是實施例I制備得到的鋯基塊體非晶合金的X射線衍射圖譜圖2是實施例I制備得到的鋯基塊體非晶合金的連續(xù)加熱DSC曲線，其加熱速度為20K/分鐘圖3是實施例I制備得到的鋯基塊體非晶合金的高分辨透射電鏡圖和選區(qū)電子衍射圖圖4是實施例I制備得到的鋯基塊體非晶合金室溫壓縮的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其應(yīng)變速率為2X KT4s'試樣尺寸為02x4mm具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術(shù)的技術(shù)方案。應(yīng)理解，本專利技術(shù)提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟；還應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本專利技術(shù)可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更
技術(shù)實現(xiàn)思路
的情況下，當(dāng)亦視為本專利技術(shù)可實施的范疇。實施例I制備Zr69Cu12.5Ni10Al7.5Agl 塊體非晶合金 (I)配料按化學(xué)計量比精確稱取純度不低于99. 9wt%的Zr、Cu、Ni、Al、Ag單質(zhì)，均勻混合。(2)耗氧在真空度為2X KT3Pa的真空熔煉爐中通入純度為99. 999%的氬氣，然后用純鈦對真空熔煉爐進行耗氧，除盡氬氣氣氛中的氧氣；(3 )熔煉將步驟(I)所得混合料置于步驟(2 )所述的真空電弧熔煉爐的水冷銅坩堝中，在步驟(2)所得高純氬氣氣氛保護下進行熔煉，熔煉的電流為200A，每次熔煉的時間為lmin,待合金冷卻凝固后,用機械手將鑄錠翻轉(zhuǎn),然后進行下一次的熔煉,反復(fù)熔煉6次。(4)澆鑄成型將步驟(3)制得的母合金鑄錠重新熔化，通過差壓將熔融的合金吸鑄到紫銅模內(nèi)腔并快速水冷，冷卻速度控制在200 300K/S，得到直徑(D)為2mm、長度為60mm的棒狀錯基非晶合金試樣。從圖I所示的X射線衍射(XRD)譜可見，試樣不存在尖銳的衍射峰，僅含兩個漫散峰，表明試樣是完全的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。圖2顯示的Zr69Cu12.5Ni1QAl7.5Agl塊體非晶合金的連續(xù)加熱DSC曲線具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象和較寬的過冷液相區(qū)，隨后是兩個晶化反應(yīng)的放熱峰。其中，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，初始晶化溫度(Tx)和過冷液相區(qū)間寬度(AT=Tx-Tg)分別為624K，697K和73Κ，說明Zr69Cu12.5Ni10Al7.本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋯基非晶合金，以鋯、銅、鎳、鋁、銀為組元，其組成由下列通式表示：Zr70？xCu12.5Ni10Al7.5Agx，其中1≤x≤10。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周巍，李金富，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：