[發明專利]低價鋯基合金錠及其制備方法和制得的低價鋯基非晶合金

有效

• 申請號: 201410133028.2
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN103866210B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 李奉珪
• 申請（專利權）人: 東莞臺一盈拓科技股份有限公司
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C16/00;C22C1/03
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司44215
• 代理人: 李玉平

技術領域

本發明涉及合金錠技術領域，具體涉及低價鋯基合金錠及其制備方法和制得的低價鋯基非晶合金。

背景技術

非晶合金與液體相似，是具有不規則原子構造的合金，所以也被稱為非晶合金或Amorphous alloy。通常情況下金屬的原子都有序排列形成結晶結構，但是非晶合金的原子排列不規則，且沒有結晶結構，所以比一般的金屬材料具有更高的強度、更好的彈性，而且比較輕，所以當初開發出來的時候在金屬業界引起了轟動效應。非晶合金加適當的熱之后會變成像塑料一樣自由成型的狀態，所以這種非晶合金制造方法開發出來后正躍升為新的工業材料。

2000年代初成功導入量產的鋯基非晶合金(Zriconium base Amorphous alloy)是以鋯為基礎再加上銅、鎳、鈮、鋁等金屬制造而成的非晶合金，其合金表面非常光滑，所以被稱為Liquidmetal。非晶合金在IT產品(手機內、外構件)、醫療器械(人工股關節、膝關節、體內移植裝置、手術工具)、軍事用品、體育用品等領域非常受歡迎，非晶合金產品通過新型壓鑄方法鑄造成型，所以具有復雜結構容易成型、后加工費用最小化的優點。

鋯基非晶合金(Zriconium-based Amorphous alloy)的主要原子-鋯(Zriconium)的原子序數為40，屬于第四族銀灰色的過渡金屬(與鈦(Ti)、鉿(Hf))共稱為鈦族)，其金屬本身容易起反應形成二氧化鋯保護膜，所以耐腐蝕性很強。此外這種金屬表面強度強、機械強度高、熱傳導性好。作為地球上儲藏量第九多的金屬在原子能、合成纖維、石油化學等領域廣泛使用。特別是在陶瓷產品、原子能發展領域中需求量增加很快。鋯對熱中子吸收斷面積在金屬材料中最少，而且其耐腐蝕性非常強，所以在原子能材料中需求最多。此外這種金屬不僅機械性能和耐腐蝕性非常好之外，還與用于核燃料的二氧化鈾(UO₂)兼容性非常好，適合用做反應堆的堆心結構材料。

但是鋯基非晶合金的主要原子-鋯這種材料中不能含有Hf(鉿)，所以要分離其中的鉿(Hf)之后冶煉獲得。特別指出的是，Zr和Hf的化學作用和性質幾乎相同，但Zr的密度只有Hf的一半左右，所以Hf分離技術在所有元素分離技術中屬于最難的技術，所以Hf分離技術以及冶金精制對Zr的價格起很大的影響。

鋯金屬分很多種等級分類生產。Grade 702 Zirconium, Grade 704 Zirconium (Zr-1.5Sn), Grade 705 Zirconium (Zr-2.5Nb), Grade 706 Zirconium (Zr-2.5Nb), Zircaloy-2 (Zr2),Zircaloy-4 (Zr4)。2013年的時候結晶鋯價格約為USD120~USD200。所以雖然鋯基非晶合金其成型性能卓越、能降低后加工費用，但很難在價格上與鋁合金鑄造、鎂合金鑄造、銅合金鑄造、MIM等工藝做競爭。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種成本低的低價鋯基合金錠及其制備方法和制得的低價鋯基非晶合金。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種低價鋯基合金錠，所述低價鋯基合金錠由以下原子百分比的原子組成：

Zr45-70%

Cu10-20%

Ni8-18%

Al5-15%

Nb2-8%

Sn0.5-4%。

優選的，所述低價鋯基合金錠由以下原子百分比的原子組成：

Zr55-70%

Cu12-18%

Ni10-16%

Al8-12%

Nb2-6%

Sn0.5-3%。

更為優選的，所述低價鋯基合金錠由以下原子百分比的原子組成：

Zr56.8%

Cu15.6%

Ni12.9%

Al10%

Nb4.1%

Sn0.7%。

一種低價鋯基合金錠的制備方法，它包括以下步驟：

步驟A、母合金的制備：將低價鋯基合金錠所需的Nb金屬和部分Ni金屬通過真空電弧熔融法進行熔煉，得到母合金，采用真空電弧熔融法除了能使原材料中所含不純物之外不會混入其他不純物，保證了合金的純度；

步驟B、低價鋯基合金錠的制備：將步驟A得到的母合金和低價鋯基合金錠所需的Zr金屬、Cu金屬、Al金屬和剩余的Ni金屬，通過真空高周波熔融法進行熔煉，得到低價鋯基合金錠，其中Zr金屬采用型號為Zr2或 Zr4的Zr金屬。