[發(fā)明專利]具有高玻璃形成能力無鎳無鈹鋯基非晶合金及制備和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109355602B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂昭平;劉廣來;吳淵;王輝;劉雄軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明屬于塊體非晶合金，尤其涉及具有高玻璃形成能力無鎳無鈹鋯基非晶合金及制備和應(yīng)用，所述無鎳無鈹鋯基非晶合金成分的原子百分比表達式為：Zr_aCu_bAl_cCo_dM_e，其中56≤a≤58，23≤b≤27，5≤c≤9，2≤d≤9，1≤e≤3，M為Nb、Hf、Ag、Y、Si或Ge，且需滿足a+b+c+d+e=100。本發(fā)明的鋯基塊體非晶合金擇優(yōu)成分具有7%的塑性變形能力和超過1600MPa的屈服強度，較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和初始晶化溫度，較寬的過冷液相區(qū)，同時不含Ni、Be等生物不相容元素，在體育器材、醫(yī)療器械、高端微機械零部件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于塊體非晶合金，具體涉及一種不含金屬元素Ni和Be的具有高玻璃形成能力無鎳無鈹鋯基非晶合金及制備和應(yīng)用。

技術(shù)背景

非晶態(tài)合金是通過熔體急冷得到的一種短程有序長程無序的合金，使得它們具有通常晶態(tài)金屬材料無法比擬的功能特性，比如高強度、大的彈性極限、高的斷裂強度、高硬度、耐腐蝕等，在結(jié)構(gòu)材料、微型精密器件、體育器材等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

自上世紀(jì)九十年代末以來，世界各地科研人員相繼在Pd基、La基、Mg基、Fe基、Ni基、Zr基、稀土基等諸多體系獲得了塊體非晶材料。這其中Zr基塊體非晶因其具有優(yōu)異的非晶形成能力和出色的力學(xué)性能而備受關(guān)注，特別是在生物醫(yī)用材料如人工關(guān)節(jié)、股骨頭支撐體等因其具有的生物相容性以及相比醫(yī)用不銹鋼材料來說有著更接近自然骨的低彈性模量和彈性極限而受到青睞。此外鋯基非晶相比其他體系非晶在擁有更好的力學(xué)性能如高強度、高硬度、耐磨耐腐蝕、耐氧化等的同時，還具備相對更低的材料成本，這使得鋯基非晶合金在工程材料、航空航天、體育器材等領(lǐng)域有著更大的應(yīng)用前景。然而目前開發(fā)的具有強玻璃形成能力的鋯基非晶合金幾乎都含有金屬鎳或者鈹。鎳和鈹都是些高細(xì)胞毒性生物不相容的元素，特別是在這些高玻璃形成能力的非晶合金成分中剔除Be和Ni元素，往往會極大降低該體系的非晶形成能力，而無法制備出大尺寸非晶合金。另一方面這些含Be的Zr基非晶合金室溫脆性會導(dǎo)致材料發(fā)生突然的災(zāi)難性斷裂限制了其實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明開發(fā)出一種具有高玻璃形成能力的無鎳無鈹鋯基非晶合金，目的在于不僅去除對細(xì)胞具有毒副作用的Be和Ni元素，而且具有強玻璃形成能力，通過常規(guī)電弧熔煉銅模吸鑄法即可制備出厘米級塊體非晶合金，以及具有較大室溫塑性變形能力的生物相容性非晶合金。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有高玻璃形成能力的無鎳無鈹鋯基非晶合金，所述無鎳無鈹鋯基非晶合金成分的原子百分比表達式為：Zr_aCu_bAl_cCo_dM_e，其中56≤a≤58，23≤b≤27，5≤c≤9，2≤d≤9，1≤e≤3，M為Nb、Hf、Ag、Y、Si或Ge，且需滿足a+b+c+d+e=100。

進一步，一種具有高玻璃形成能力的無鎳無鈹鋯基非晶合金，所述無鎳無鈹鋯基非晶合金成分的原子百分比表達式為：Zr_aCu_bAl_cCo_dM_e，其中56≤a≤58，23≤b≤27，5≤c≤9，3≤d≤9，1≤e≤3，M為Nb、Hf、Ag、Y、Si或Ge，且需滿足a+b+c+d+e=100。

進一步，當(dāng)M為Nb元素，a=56，b=26.7，c=7.5，d=6.8，e=3，所述無鎳無鈹鋯基非晶合金成分的原子百分比表達式為：Zr₅₆Cu_26.7Al_7.5Co_6.8Nb₃，合金能夠形成大塊非晶的臨界尺寸不小于10mm，塑性形變不小于5%。