[發明專利]高強度兼具良好室溫塑性的鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法

無效

• 申請號: 201210106508.0
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102605301A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 郭勝鋒;柳林
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于高性能金屬材料技術領域，具體涉及一種鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法。

背景技術

塊體金屬玻璃是上世紀80年代末發展起來的一類新型亞穩材料，它是通過快速凝固技術來抑制合金熔體的形核和長大，而直接“凍結”獲得類似玻璃結構的金屬材料。因其特殊的原子結構排列使得其在諸多方面具有比常規晶態材料更優異的力學、物理、化學及精密成型性能，在未來的機械，電子，化工，航空航天和軍事領域等呈現了廣闊的應用前景。

與其它體系相比，鐵基塊體金屬玻璃具有較高的強度，良好的軟磁性能等優點，展現出良好的商業價值。然而，與某些具有一定壓縮塑性變形能力和斷裂韌性的金屬玻璃相比，鐵基塊體金屬玻璃室溫脆性嚴重，無論是在壓縮還是拉伸條件下，其室溫塑性應變都接近為零，是典型的脆性金屬玻璃，這極大地限制鐵基塊體金屬玻璃的實際應用。此外，當前制備鐵基塊體金屬玻璃采用的原材料通常為昂貴的高純金屬和類金屬元素，這在一定程度上造成制備成本的偏高，阻礙了鐵基塊體金屬玻璃的實際工程應用。

鐵基塊體金屬玻璃自1995年由日本的Inoue等開發至今也僅僅十多年的時間，前十年里主要集中在對其軟磁性能的研究，而近幾年的時間才開始重點關注對其室溫塑性的研究。2006年，美國維吉尼亞大學Poon等在Critical?Poisson's?ratio?for?plasticity?in?Fe–Mo–C–B–Ln?bulk?amorphous?steel（APPLIED?PHYSICS?LETTERS;?Volume:88;?Pages:5211905;?Published:?20?November?2006）一文中報道了向Fe₆₅Mo₁₄C₁₅B₆非晶鋼里添加稀土Er，獲得了當時室溫塑性變形能力最好的Fe基塊體金屬玻璃（0.8%）；他們發現Fe基金屬玻璃韌脆轉變存在一個臨界泊松比，當其泊松比接近0.32時，合金發生明顯的塑性變形。2007年，清華大學姚可夫等在Fe-based?bulk?metallic?glass?with?high?plasticity（APPLIED?PHYSICS?LETTERS;?Volume:?90;?Pages:?061901;?Published:?February?2007）一文中報道了采用玻璃包覆提純技術和水淬法，將Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆的玻璃形成能力提高至1.6mm的同時，發現其具有良好的室溫塑性（5.2%），但該方法制備工藝較為復雜。隨后，Gu等在Ductility?improvement?of?amorphous?steels:?Roles?of?shear?modulus?and?electronic?structure（Acta?Materialia；Volume:?56；page：88–94；?Published?online:?24?October?2007）一文中報道了在FeCrMoPCB金屬玻璃系里可獲得室溫壓縮塑性達3.6%的鐵基合金，并發現Fe基塊體金屬玻璃的室溫塑性與其剪切模量密切相關。中科院金屬所王建強等在Ductile?Fe–Nb–B?bulk?metallic?glass?with?ultrahigh?strength（APPLIED?PHYSICS?LETTERS;?Volume:?92;?Pages:?251906;?Published:?23?June?2008）一文中報道了一種高強度兼具一定室溫壓縮塑性（1.6%）的三元Fe₇₁Nb₆B₂₃塊體金屬玻璃；然而，該玻璃合金形成能力較低，即使采用高純原料制備，其臨界直徑也僅為1.5mm。