本發(fā)明涉及一種高鋯含量的zr基非晶合金，具體提供一種具有較高非晶形成能力及優(yōu)良的機械性能的非晶合金體系及其制備方法。

背景技術(shù)：

非晶合金是由熔融的母合金超急冷凝固形成的一種金屬材料，其原子在凝固過程中來不及按周期排列，故形成了長程無序的非結(jié)晶狀態(tài)，與通常情況下金屬材料的原子排列呈周期性和對稱性不同，它沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，因而稱之為非晶合金。非晶合金被稱為是冶金材料學(xué)的一項革命，和普通晶態(tài)金屬與合金相比，非晶態(tài)金屬與合金具有較高的強度、硬度和韌性，且具備良好的磁學(xué)性能、抗腐蝕性能、耐磨性能以及高電阻率和機電耦合性能等優(yōu)異特性，通常又稱之為金屬玻璃或玻璃態(tài)合金。非晶合金可部分替代硅鋼、玻莫合金和鐵氧體等軟磁材料，且綜合性能高于這些材料。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡單，從80年代開始便成為國內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點。

自非晶合金發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)過幾十年的研究探索，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如zr基、cu基、al基、fe基、pd基、ni基、ti基、mg基、稀土基等諸多體系的非晶合金體系。1990年左右，日本的inoue教授及美國的johnson教授在zr合金體系中發(fā)現(xiàn)了達到毫米級以上的“大塊非晶合金(bulkmetallicglass)”。這些合金具有很低的玻璃臨界冷卻速率，使得形成非晶的臨界尺寸達到1mm以上。臨界冷卻速率的降低使得采用一般的鑄造方法制備具有非晶結(jié)構(gòu)的工業(yè)應(yīng)用構(gòu)件成為可能，這為非晶合金作為結(jié)構(gòu)材料而應(yīng)用提供了前提條件。此外，由于zr基非晶合金具有高強度、高硬度及高斷裂韌性等特點，人們已經(jīng)開始嘗試針對其不同的性能將其在不同的領(lǐng)域進行應(yīng)用，比如：其具有的高強度及高彈性極限性能使其應(yīng)用在體育用品中，其低彈性模量的特征使其成為壓力感應(yīng)裝置的好選擇，利用其流動性好的特點應(yīng)用于電子產(chǎn)品，此外在國防軍工領(lǐng)域，由于非晶合金在侵徹金屬時具有自銳性，這使得其成為制備各種武器戰(zhàn)斗部的理想材料等等。

然而zr基非晶合金在工業(yè)中的應(yīng)用仍受到幾個因素的制約：首先，目前zr基非晶合金對于原材料純度的要求很高，這造成了其工業(yè)生產(chǎn)成本較高；并且非晶合金的制備工藝過程中對真空度的要求高，過窄的工藝窗口造成了設(shè)備及生產(chǎn)成本的大幅度增加；最后，zr基非晶合金重復(fù)澆鑄性差，重熔后非晶形成能力及機械性能大幅度下降，這一方面也增加了zr基非晶合金的生產(chǎn)成本。這些因素主要是由于氧元素對于非晶合金的非晶形成能力以及機械性能有著致命性的破壞作用，然而在工業(yè)生產(chǎn)中，氧含量的增加是無法避免的。那么如何在氧含量居高不下的情況下提高zr基非晶合金的非晶形成能力以及保持其優(yōu)良的機械性能就成為首要問題。

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種分子式為(zracubnictidaleof)100-xyx的非晶合金及其制備方法，其中a、b、c、d、e、f、x為原子百分比,其中：60≤a≤65，21≤b≤26，1≤c≤3，1≤d≤3，8≤e≤12.5，0.1≤f≤0.3，0.5≤x≤1。首先，此非晶合金具有較高的鋯含量，根據(jù)研究顯示，高的鋯含量會使得合金具有良好的機械性能；其次，cu、ni的添加大幅度的提高了合金的非晶形成能力；最后，ti元素是zr元素的相似元素，其作為一種微量元素被添加到合金中不但提高了合金的非晶形成能力也提高了合金的塑性及韌性。雖然氧元素作為一種被動添加的元素不可以被忽視，其含量影響了了可形成非晶合金的成分范圍，但通過稀土元素y的添加，可大幅度降低氧含量對合金的影響，使得合金對于生產(chǎn)過程中真空度的要求降低，不僅簡化了工藝流程，同時也為合金的重熔提供了可能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種高鋯含量的zr基非晶合金及其制備方法，其優(yōu)勢在于：一方面，此種非晶合金采用工業(yè)級純度的原材料金屬，但其非晶形成能力極其優(yōu)良；另一方面，這種非晶合金具有優(yōu)異的機械性能，在澆鑄成1mm厚的板材時仍可彎曲至120度不斷裂。

一種zr基非晶合金，該合金的組成為：(zracubnictidaleof)100-xyx，a、b、c、d、e、f、x為原子百分比，其中：60≤a≤65，21≤b≤26，1≤c≤3，1≤d≤3，8≤e≤12.5，0.1≤f≤0.3，0.5≤x≤1。以合金總體積為準(zhǔn)，該zr基非晶合金在澆鑄成為直徑等于14mm、長度為60mm的棒狀樣品時，其非晶含量為30％至99％。

本發(fā)明還提供了所述zr基非晶合金的制備方法，其特征在于整個熔煉過程包括裝料、熔化、精煉、澆鑄四個階段：首先，按照非晶合金的原子百分比稱取各組分進行配置后裝料；其次，在保護氣體氣氛下通過感應(yīng)熔煉的方法使?fàn)t料熔化形成均勻熔池；然后，緩慢增加輸入功率進入精煉期，精煉期的熔煉溫度為1400℃，精煉期保溫時間不少于60秒；最后，通過銅模澆鑄的方法獲得所述非晶合金樣品，澆鑄溫度為1150-1200℃。

本發(fā)明所述的zr基非晶合金制備方法，其特征在于：制備非晶合金的原料純度＞97％即可，采用工業(yè)級金屬zr、cu、ni、ti、al等，其氧含量要求為不高于2at.％；另外，該非晶合金易于制作，對真空條件的要求不高，一般情況下保持在真空度為5-500帕即可，采用石英坩堝冶煉，熔煉保護氣體為惰性氣體，合金熔煉后冷卻至非晶態(tài)，冷卻速度大于10k/s。

具體實施方式

以下實例所用原料純度＞97％，氧含量＜2at.％，氬氣純度＞97％。

實施例1

成分：(zr60.9cu23.4ni2.6al11ti2o0.1)99y1

按照成分的原子百分比稱取各原料進行配置，真空抽至5帕；然后在氬氣氣氛下熔煉原料，熔煉溫度為1400℃，精煉時間60s；最后將熔體澆鑄進入模具中，澆鑄溫度1200℃，獲得尺寸為φ14×60mm的棒狀樣品，其非晶占體積百分?jǐn)?shù)為95％，強度1800mpa，當(dāng)澆鑄成1mm厚板材時可以彎曲至120度。

實施例2

成分：(zr60.7cu25.2ni2.8al9ti2o0.3)99.5y0.5

按照成分的原子百分比稱取各原料進行配置，真空抽至5帕；然后在氬氣氣氛下熔煉原料，熔煉溫度為1400℃，精煉時間180s；最后將熔體澆鑄進入模具中，澆鑄溫度1200℃，獲得尺寸為φ14×60mm的棒狀樣品，其非晶占體積百分?jǐn)?shù)為30％，強度1600mpa。

實施例3

成分：(zr63.9cu21.6ni2.4al10ti2o0.1)99.3y0.7

按照成分的原子百分比稱取各原料進行配置，真空抽至5帕；然后在氬氣氣氛下熔煉原料，熔煉溫度為1400℃，精煉時間300s；最后將熔體澆鑄進入模具中，澆鑄溫度1150℃，獲得尺寸為φ14×60mm的棒狀樣品，其非晶占體積百分?jǐn)?shù)為60％，強度1700mpa。

實施例4

成分：(zr62.3cu22.5ni2.5al11.5ti1o0.2)99.4y0.6

按照成分的原子百分比稱取各原料進行配置，真空抽至50帕；然后在氬氣氣氛下熔煉原料，熔煉溫度為1400℃，精煉時間300s；最后將熔體澆鑄進入模具中，澆鑄溫度1150℃，獲得尺寸為φ14×60mm的棒狀樣品，其非晶占體積百分?jǐn)?shù)為50％，強度1600mpa。

實施例5

成分：(zr61.9cu21.6ni2.4al12ti2o0.1)99.2y0.8

按照成分的原子百分比稱取各原料進行配置，真空抽至10帕；然后在氬氣氣氛下熔煉原料，熔煉溫度為1400℃，精煉時間200s；最后將熔體澆鑄進入模具中，澆鑄溫度1200℃，獲得尺寸為φ14×60mm的棒狀樣品，其非晶占體積百分?jǐn)?shù)為40％，強度1700mpa。

實施例6

成分：(zr61.3cu22.05ni2.45al12.5ti1.5o0.2)99.5y0.5

按照成分的原子百分比稱取各原料進行配置，真空抽至50帕；然后在氬氣氣氛下熔煉原料，熔煉溫度為1400℃，精煉時間240s；最后將熔體澆鑄進入模具中，澆鑄溫度1150℃，獲得尺寸為φ14×60mm的棒狀樣品，其非晶占體積百分?jǐn)?shù)為60％，強度1800mpa。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。