[發明專利]一種高鋯含量的Zr-Cu-Ni-Al-Nb大塊非晶合金

無效

• 申請號: 200910089682.7
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101619425A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 惠希東;劉勝男;王美玲;王樹申;常靜;王云亮;陳國良
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及大塊非晶合金領域，具體涉及一種高鋯含量的Zr-Cu-Ni-Al-Nb大塊非晶合金。

背景技術：

非晶合金由于其獨特的無序、短程有序結構，兼有一般金屬和玻璃的特性。尤其是Zr基大塊非晶合金具有良好的非晶形成能力、熱穩定性和機械性能而備受人們關注。其中，Zr-Cu-Ni-Al合金體系是迄今為止最好的大塊非晶合金形成體系之一。近年來，人們通過向Zr-Cu-Ni-Al合金體系中添加Ag、Zn和Ti等金屬元素制備出一系列新型的大塊非晶合金。這些添加元素會引起合金體系的非晶形成能力、熱穩定性、晶化行為以及機械性能的變化。但根據研究報道，這些添加元素未能實現在保證合金體系非晶形成能力和熱穩定性的情況下，有效提高合金的塑變能力。

為了提高Zr-Cu-Ni-Al合金體系的塑性，最近人們采用成分設計的方法獲得了高塑變能力的合金，如中國科學院物理研究所汪衛華課題組發現Zr_61.88Cu₁₈Ni_10.12Al₁₀、Zr_64.13Cu_15.5Ni_10.12Al₁₀和Zr₆₂Cu_15.5Ni_12.5Al₁₀合金具有高達160％的室溫壓縮塑性變形量，但是這類合金中的Zr含量一般小于66％，相對來說，Cu和Ni元素的含量比較高，因而增加了合金的比重。

發明內容：

本發明提供了一種高鋯含量的Zr-Cu-Ni-Al-Nb大塊非晶合金，這種高鋯含量的鋯基大塊非晶合金的化學成分為(原子百分比)：Zr66.0～72.0％、Ni7.0％～10.0％、Nb3.0～7.0％、Al6.0％～10.0％、Cu8.0～12.0％。與已報道的Zr基合金相比，該合金由于含Zr量較高，所以比重較小；Nb元素本身的泊松比可達0.38(摘自ASM?metal?handbook，25℃，75°F)，通過添加該元素，使Zr-Cu-Ni-Al合金體系內原子的堆積混亂度增大，結晶所需的原子重排變得困難，以期獲得更高的熱穩定性，從而提高大塊非晶合金的強度；同時使體系內形成新的具有排斥作用的耦合原子對，以便于變形的發生。

在本發明所提出的Zr基大塊非晶合金材料中，考慮到要使該合金具有良好的非晶形成能力、熱穩定性和塑變能力，因此在Zr-Ni-Cu-Al大塊非晶成分的基礎上，通過添加適量金屬元素Nb來改善合金的非晶形成能力和塑變能力。其性能對比如具體實施方式中的表1所示。

本發明的優點是：

1.通過提高Zr的含量，相對減少了Cu和Ni的含量，降低了大塊非晶合金的比重。

2.通過添加Nb，改善Zr-Ni-Cu-Al大塊非晶合金的塑變能力的同時，并沒有使該合金的非晶形成能力降低。

3.該大塊非晶合金不僅具有良好塑變能力，而且具有較寬的過冷液相區，表明該大塊非晶合金具有良好的熱穩定性。

4.因鋯對多種酸、堿和鹽有優良的抗蝕性，提高鋯含量使得該大塊非晶合金對酸、堿和鹽的抗蝕性更加優異。

5.通過增加Zr含量和添加Nb元素，使得該大塊非晶合金在300～400℃的高溫高壓水和蒸汽中具有良好的耐蝕性能、適中的力學性能、較低的原子熱中子吸收截面。

附圖說明

圖1是銅模澆鑄制備的合金Zr₆₆Ni₉Nb_6.5Cu_10.5Al₈、Zr₆₈Ni₉Nb_5.5Cu_9.5Al₈與Zr_70.5Ni_8.5Nb₅Cu₈Al₈的X-射線衍射譜。橫坐標為2θ角度；縱坐標為衍射強度(任意單位)。

圖2是銅模澆鑄制備的上述三種合金的連續加熱DSC晶化曲線(加熱速率為20K/min)。橫坐標為溫度；縱坐標為熱量，向上方向為放熱。

圖3是銅模澆鑄制備的上述三種非晶合金的室溫壓縮塑性變形曲線(壓縮速率為2×10^-4S^-1)。橫坐標為真應力；縱坐標為真應變。