[發(fā)明專利]一種具有室溫大塑性的Zr基塊體非晶合金

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410075716.8
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103866207A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫亞娟;沈軍
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非晶態(tài)金屬材料，具體涉及一種具有室溫大塑性的新型Zr基塊體非晶合金。

背景技術(shù)

Zr基塊體非晶合金具有極高的斷裂強(qiáng)度、高硬度、高彈性應(yīng)變、彈性極限、高斷裂韌性和低的彈性模量等優(yōu)異的力學(xué)性能。由于Zr基非晶合金本身獨(dú)特的無序化原子結(jié)構(gòu)，合金內(nèi)部缺少位錯、孿晶等晶體缺陷，通常在室溫以及低于室溫的條件下，不能像晶態(tài)材料那樣，發(fā)生持續(xù)的塑性變形，變形只發(fā)生在高度局域化的剪切帶，從而產(chǎn)生脆性斷裂，嚴(yán)重制約了塊體非晶合金的工業(yè)化應(yīng)用。因而，開發(fā)具有室溫大塑性的Zr基非晶合金新成分是目前塊體非晶合金領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有室溫大塑性與高強(qiáng)度的Zr基非晶合金，本發(fā)明較好地解決了Zr基非晶合金成分在室溫環(huán)境中塑性變形能力差的不足。

本發(fā)明提出的具有室溫大塑性與高強(qiáng)度的Zr基非晶合金，所述Zr基非晶合金由Zr、Al、Ni和Cu四種元素組成，各元素的質(zhì)量百分比為：?

Al:?3.96~4.06%

Ni:?11.3~11.8%

Cu：20.67~21.07%

其余為Zr，其總質(zhì)量滿足100%。

本發(fā)明依據(jù)物理冶金的原理，利用二元共晶成分與多元共晶成分之間存在某種必然的聯(lián)系，多元非晶合金可以通過選擇恰當(dāng)?shù)亩簿c(diǎn)及比例系數(shù)合成。這些共晶點(diǎn)具有兩個特征，一般具有較低的共晶反應(yīng)溫度，而且共晶產(chǎn)物多為線性化合物。因此，可以通過適當(dāng)?shù)谋壤旌隙簿С煞郑O(shè)計(jì)多元塊體非晶合金成分，使其充分接近多元共晶或近共晶成分，并通過共晶各相的相互競爭抑制結(jié)晶過程，從而得到具有高非晶形成能力的非晶合金系。

在Zr-Al-Ni-Cu合金系中，結(jié)晶和晶化反應(yīng)的產(chǎn)物主要為Zr-Cu，Zr-Ni,?Zr-Al的金屬間化合物，因此可以認(rèn)為?Zr-Cu，Zr-Ni,?Zr-Al?原子對之間形成的金屬間化合物為該合金系中非晶相形成的主要競爭相，如果在合金熔體這些競爭晶化相的析出能力大致平衡，相互之間的阻礙與牽制作用增加，將抑制初始晶化相的析出，從而得到高玻璃形成能力的非晶合金成分。由二元相圖?Zr₃₈Cu₆₂、Zr₆₄Ni₃₆、Zr₅₁Al₄₉?具有較低的共晶點(diǎn)且其共晶產(chǎn)物均為線性化合物，因而我們選擇Zr₄₄Cu₅₆，Zr₅₁Al₄₉，?Zr₆₄Ni₃₆作為基本的單元，可得到如下的表達(dá)式：

C_am?=a?(Zr₃₈Cu₆₂)?+?b?(Zr₆₄Ni₃₆)?+?c?(Zr₅₁Al₄₉)???(a+?b+c?=1)??

比例系數(shù)a、b、c分別為三個二元共晶的組分所占的比例系數(shù)，且滿足歸一化條件a+?b+c?=1。對比例系數(shù)a、b、c進(jìn)行不斷地調(diào)整，從而調(diào)整合金系的原子配比，可以得到不同玻璃形成能力的非晶合金。當(dāng)a=6.25/16，b=6.25/16，c=3.5/16，即可得到較佳成分點(diǎn)Zr_63.68Al_3.96Ni_11.30Cu_21.0（質(zhì)量百分比）。在電弧熔化普通銅模鑄造條件下，可以獲得臨界尺寸不小于10?mm的塊體非晶合金。

本發(fā)明與已有的Zr基塊體非晶合金相比具有如下特點(diǎn)：

（1）????????????本合金具有高的玻璃形成能力，采用普通銅模鑄造法可以制備出臨界尺寸達(dá)10mm的塊體非晶合金。

（2）????????????本合金在室溫條件下具有極大的壓縮塑性和抗壓斷裂強(qiáng)度：直徑為1.2?mm、2?mm、3?mm的非晶合金的壓縮塑性分別為>100%、30%、27%，該性能遠(yuǎn)高于其它成分的Zr基非晶合金。迄今為止，本發(fā)明的Zr基非晶合金是在室溫環(huán)境下塑性變形能力最優(yōu)異的成分之一。

（3）????????????本合金所需原料均為無毒、低成本的金屬原料，制備工藝簡單，低溫力學(xué)性能優(yōu)異，非常適合于工業(yè)應(yīng)用。

附圖說明