[發明專利]一種塊體高熵金屬玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201310631085.9
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103589882A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 潘冶;吳繼禮;陸韜;皮錦紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C45/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

????本發明屬于金屬材料制備領域，具體來說，涉及一種塊體高熵金屬玻璃及其制備方法。

背景技術

高熵合金（High-entropy?Alloys，HEAs）的組成至少包括5種合金元素，且每種元素的原子百分比都在5％-35%之間。HEAs的產生打破了傳統的合金成分以一種元素為基體的設計框架，合金的高混合熵值是HEAs與傳統合金相區別的重要特征。多種主元素混合后具有的高混合熵，使多元合金傾向形成簡單的結晶相--簡單固溶體結構（一般為體心立方結構（BCC）或面心立方結構（FCC），或二種固溶體的混合結構），抑制了脆性金屬間化合物的形成。高熵效應能有效降低系統的吉布斯自由能，使系統更穩定。因而，高熵合金具有高強度、硬度、耐磨性、較好的塑性、良好的組織穩定性和抗回火軟化能力和優良的耐蝕性等綜合性能。因此，HEAs具有極為廣闊的應用前景。

隨合金組元數目增加，構成合金系的原子半徑不同，合金系混亂度增加，凝固時原子擴散重排的難度加大，可抑制晶體形成。近年來，尋找能夠結合高熵效應和形成金屬玻璃結構（又稱“非晶結構”）的合金成分受到了業界的關注，以實現在合金性能上的更大突破。但現有的高熵非晶合金成分中，常含有貴金屬，如：Pd、?Pt、Ag，或含有有毒元素Be等。另外，對于目前通常采用的高熵合金制備方法，如沉積、熔覆等，僅用于材料的表面改性或薄膜材料的制備。對于制備“塊體”尺度的高熵金屬玻璃，更需要合理的成分設計和制備條件相協調，保證成分非晶形成能力和協調高熵成分范圍的同時要求較高的制備條件。因此，利用常用見金屬元素銅（Cu）、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鋁(Al)等，使用較為簡便的凝固條件制備塊體高熵金屬玻璃更能滿足現代技術的要求，該合金在應用領域有著廣泛的前景，如較高力學性能要求的器具等，為傳統工業的升級及高科技產業的發展提供更豐富的材料選擇空間。因此開發出具有優良力學性能的Cu、Zr、Ti?、AL、Ni?系高熵金屬玻璃，具有非常重要的意義。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種塊體高熵金屬玻璃，該高熵金屬玻璃具有高強度、高塑性和較高非晶形成能力。同時，還提供該高熵金屬玻璃的制備方法，該制備方法簡單，利用該方法可獲得直徑不低于1.5?mm的金屬玻璃棒。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種塊體高熵金屬玻璃，該金屬玻璃，按照原子百分比由以下組分組成，

銅：23?%～31?%；

鋯：22?%～32?%；

鈦：?9?%～31?%；

鎳：14?%～31?%；

鋁：?5?%～18?%；

雜質：<0.5%。??

一種上述塊體高熵金屬玻璃的制備方法，該制備方法包括以下過程：

????第一步：制備銅鋯鈦熔錠，以及鋁鎳熔錠；

第二步：使用電熔爐配備的機械鏟手，將第一步制備的銅鋯鈦熔錠移至鋁鎳AlNi熔錠的工位，且銅鋯鈦熔錠位于鋁鎳熔錠上方；

第三步：在電壓25～35V、電流125～145?A的條件下，對第二步的銅鋯鈦熔錠和鋁鎳熔錠進行熔煉，熔成一個整體熔錠；

第四步：使用電熔爐配備的機械鏟手，將第三步制備的整體熔錠移至吸鑄工位，在電壓25～40?V、電流125～155?A的條件下，對第三步制備的整體熔錠熔煉，待整體熔錠熔化后，對熔化的整體熔錠進行吸鑄，制得高熵金屬玻璃。

進一步，所述的第一步中，制備銅鋯鈦熔錠的過程是：在電壓為35～45?V、電流135～155?A的條件下，對銅、鋯和鈦進行熔煉，單次熔煉時間為40～60s，熔煉次數為3～5次，且各次間熔錠時，將熔錠上下表面顛倒；銅、鋯和鈦在整體熔錠中的原子百分比為：

銅：23?%～31?%；

鋯：22?%～32?%；

鈦：?9?%～31?%。

進一步，所述的第一步中，制備鋁鎳熔錠的過程是：在電壓為25～30?V、電流125～140?A的條件下，對鋁和鎳進行熔煉，單次熔煉時間40～60?s，熔煉次數為3～5次，且各次間熔錠時，將熔錠上下表面顛倒；鋁和鎳在整體熔錠中的原子百分比為：

鎳：14?%～31?%；

鋁：?5?%～18?%。

進一步，所述的第三步中，熔煉的次數為3～5次，單次熔煉時間為70～90s,?各次間熔煉時，將熔錠上下表面顛倒；熔煉過程中不更換熔煉工位。