[發明專利]一種鋯基大塊非晶合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010869744.2
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111996470A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 馬明臻;李博;張新宇;劉日平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/03;A61L27/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種鋯基大塊非晶合金及其制備方法，屬于非晶合金技術領域。本發明利用適量銀元素替換現有非晶合金Zr₆₀Cu₂₅Al₁₀Fe₅中的鐵元素，銀元素置換鐵元素會導致非晶合金內部原子堆積結構中發生原子尺度上的成分偏析，形成了大量高密度短程有序結構(如二十面體短程序和扭曲二十面體短程序等)，從而顯著提高了該體系的非晶形成能力和力學性能，并顯著增加了非晶熔體的粘度和穩定性，大幅抑制了材料再加熱晶化行為，即本發明通過使用Ag元素替換Fe元素可提高非晶合金的室溫塑性變形能力、非晶形成能力、熱穩定性和力學性能。

技術領域

本發明涉及非晶合金技術領域，尤其涉及一種鋯基大塊非晶合金及其制備方法。

背景技術

非晶合金(amorphous alloy)，又稱金屬玻璃(metallic glass)，是利用各種現代快速凝固冶金技術獲得的、具有長程無序而短程有序的新型合金材料。大塊非晶合金，一般是指臨界直徑或厚度超過1mm的非晶合金。當金屬熔體在極快的冷卻速度凝固時，其形核和長大過程被抑制，熔體內部無序的微觀結構被直接“冷凍”下來，因此，非晶合金還可以被稱為液態金屬。由于這種不同于晶態合金“長程有序”的微觀結構，賦予了非晶合金很多優異的物理和化學性質，如高強度、高硬度、高彈性極限、高耐磨性、高耐腐蝕性和超塑性等。

然而，現有非晶合金存在以下技術問題：(1)現有非晶合金尺寸有限，限制了非晶合金在結構材料方面的應用；(2)由于其不同于晶態合金的長程無序的微觀結構，在變形時不存在位錯滑移、孿生和加工硬化等塑性變形機制，在應力加載時會出現嚴重的應力集中，并造成剪切帶軟化，最終導致有限的室溫塑性變形能力；(3)非晶合金是亞穩材料，在熱成型或在高于玻璃轉變溫度以上的環境中使用時容易發生結晶行為，析出具有復雜結構且不均勻分布的晶態相，這會改變非晶合金的性質，不僅進一步降低其室溫塑性，而且對其耐腐蝕性、軟磁性等其他性能帶來極大地危害。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋯基大塊非晶合金及其制備方法，所述鋯基大塊非晶合金尺寸大、具有優異的室溫塑性變形能力、非晶形成能力、熱穩定性和力學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鋯基大塊非晶合金，由鋯、銅、鋁、鐵和銀組成，所述鋯、銅、鋁、鐵和銀的原子個數比為60:25:10:Y:X，其中，X+Y＝5，且X不為0。

優選的，所述鋯、銅、鋁、鐵和銀的原子個數比為60:25:10:0:5。

優選的，所述鋯、銅、鋁、鐵和銀的原子個數比為60:25:10:1:4。

優選的，所述鋯、銅、鋁、鐵和銀的原子個數比為60:25:10:2:3。

優選的，所述鋯、銅、鋁、鐵和銀的原子個數比為60:25:10:3:2。

優選的，所述鋯、銅、鋁、鐵和銀的原子個數比為60:25:10:4:1。

本發明提供了上述技術方案所述鋯基大塊非晶合金的制備方法，包括以下步驟：

將所述鋯基大塊非晶合金對應的金屬原料混合，進行熔煉，得到母合金錠；

采用水冷銅模吸鑄所述母合金錠，得到鋯基大塊非晶合金。

優選的，所述熔煉的工作電流為300～500A，熔煉次數≥4次，每次的熔煉時間至少為60s。

優選的，所述熔煉在氬氣保護氣氛下進行，所述氬氣保護氣氛的壓力為0.4～0.5MPa。

優選的，所述水冷銅模吸鑄的冷卻速度≥200℃/s。