[發明專利]無鎳無鈹無銅高非晶形成能力的鋯基塊體非晶合金及制備

有效

• 申請號: 201811360928.5
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109207872B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 呂昭平;劉廣來;吳淵;王輝;劉雄軍
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明無鎳無鈹無銅高非晶形成能力的鋯基塊體非晶合金及制備，屬于塊體非晶合金，目的在于不僅去除對人體具有毒副作用的鎳、鈹和銅元素，而且具有強非晶形成能力，采用電弧熔煉銅模吸鑄的方法即可制備出厘米級塊體非晶合金。所述非晶合金成分原子百分比表達式為Zr_aCo_bAl_cAg_dM_e，其中53≤a≤55，20≤b≤23，10≤c≤15，3≤d≤9，M為Nb或者Hf，2≤e≤8，且需滿足30≤b+c≤36，a+b+c+d+e＝100。本發明的鋯基塊體非晶合金具有2.5％的塑性變形能力和較高的強度，易于生產同時不含Ni、Be、Cu對生物有害的元素，在生物材料，體育用品和醫療器件等領域具有非常廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于塊體非晶合金，具體涉及一種不含金屬元素Ni、Be和Cu的高非晶形成能力的鋯基塊體非晶合金，其臨界尺寸不小于10mm，塑性變形能力不低于2％的無鎳無鈹無銅高非晶形成能力的鋯基塊體非晶合金及制備。

背景技術

塊體非晶合金是上世紀80年代末發展起來的一類新型亞穩材料。它是由多種原子半徑相差較大具有較大負混合熱的元素組成的多組元體系。這類合金發生玻璃轉變的臨界冷卻速率可降至100K/s以下，因而可通過常規銅模鑄造就可制備出大塊非晶。和傳統金屬材料中原子長程有序的排列不同，非晶合金原子是無規則排列，不具有長程有序性，在微觀組織上反映就是不存在晶界、位錯等缺陷，因此非晶合金相較傳統晶態合金具有高強度、高彈性、高硬度、低模量以及耐腐蝕等優異性能。除此之外，非晶合金在過冷液相區內呈現出很高的粘性流動，具有超塑性變形能力。非晶合金這種特性使其像玻璃材料一樣在過冷液相區可以精確壓制成型。這些優異的性能使得非晶合金在很多領域具有巨大的應用前景。

近十多年來，人們相繼在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。其中Zr基塊體非晶因其具有優異的非晶形成能力和出色的力學性能而備受關注。Zr-Ti-Cu-Be、Zr-Ti-Cu-Ni-Be、Zr-Cu-Ni-Al、Zr-Ti-Cu-Ni-Al就是Zr基塊體非晶的杰出代表。在這些體系中，優異的非晶形成能力與Be和Ni元素的添加密切相關，然而Be、Cu和Ni都是些高細胞毒性生物不相容的元素，特別是在這些合金成分中剔除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致材料發生突然的災難性斷裂限制了其實際應用。因此，有必要開發出擁有高非晶形成能力的不含Be、Ni和Cu的且具有一定塑性的鋯基非晶合金，以拓寬塊體非晶在生物材料、醫療器件領域的應用。

發明內容

本發明開發出一種無鈹無鎳無銅的高非晶形成能力的鋯基塊體非晶合金，目的在于不僅去除對細胞具有毒副作用的Be、Ni和Cu元素，而且具有強非晶形成能力，通過常規銅模鑄造發即可制備出厘米級塊體非晶合金，以及具有一定室溫塑性變形能力的生物相容性非晶合金。

本發明的技術方案是：一種無鎳無鈹高非晶形成能力的鋯基塊體非晶合金，所述非晶合金成分原子百分比表達式為：Zr_aCo_bAl_cAg_dM_e，其中53≤a≤55，20≤b≤23，10≤c≤15，3≤d≤9，M為Nb或Hf，2≤e≤8，且需滿足33≤b+c≤36，a+b+c+d+e＝100。

進一步，該非晶合金的原子百分比表達式為Zr₅₅Co₂₀Al₁₅Ag_dM_e，其中3≤d≤9，M為Nb或者Hf，2≤e≤8，且b+c+d+e＝45。

進一步，該非晶合金的原子百分比表達式為Zr₅₅Co₂₃Al₁₀Ag_dM_e，其中3≤d≤9，M為Nb或者Hf，2≤e≤8，且b+c+d+e＝45。