一種Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co塊狀非晶合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co塊狀非晶合金材料及其制備方法。一種Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co塊狀非晶合金材料，由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成：鋯38％～41％，鈦14％～17％，鈹22.5％～23％，銅7.5％～12.5％，鎳0％～10％，鈷5％～12.5％。一種的Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法：a、按照如下原子百分比鋯38％～41％，鈦14％～17％，鈹22.5％～23％，銅7.5％～12.5％，鎳0％～10％，鈷5％～12.5％進行配料；b、去除表面氧化層；c、將鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷在氬氣氣氛中反復熔煉5次，即母合金；d、將母合金放入石英管中，對石英管進行抽真空，加熱至1000℃～1100℃，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，即形成Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。本發(fā)明的有益效果是：在提高了非晶材料的斷裂強度，提升了材料的力學性能。
【專利說明】—種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非晶合金材料領(lǐng)域，特別涉及一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。這種非晶合金具有許多獨特的性能，由于其性能優(yōu)異、制造工藝簡單，得到了廣泛的應用。
[0003]非晶合金根據(jù)其所含主要物質(zhì)的不同可分為:鋯基、鈀基、鎂基、鐵基、銅基、鑭基等。其中鋯基非晶合金因其具有較高的非晶形成能力和獨特的力學性能已引起人們的廣泛關(guān)注。其中Zr41.25Ti13.75Ni1(lCu12.5Be22.5(下標為各個物質(zhì)的原子百分數(shù))的非晶合金的商品名稱為“非晶I號”，目前已在體育器材、精密儀器、醫(yī)療衛(wèi)生用品、航空結(jié)構(gòu)材料、穿甲彈芯材料、穿甲防護材料等方面獲得了應用。
[0004]但是現(xiàn)有的非晶材料在力學性能上仍需有待改善，因此一種具有優(yōu)異的斷裂強度的塊狀非晶合金成為解決問題的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異的斷裂強度的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料及其制備方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下的技術(shù)方案:
[0007]—種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料,其特征在于:由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯38%?41%，鈦14%?17%，鈹22.5%?23%，銅?.5%?12.5%，鎳0%?10%，鈷 5%?12.5%。
[0008]作為進一步優(yōu)選，各個物質(zhì)按照如下原子百分比組成:鋯38%，鈦17%，銅10.5%，鈹 22.5%，鈷 12%。
[0009]一種用于制造Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯38%?41%，鈦14%?17%，鈹22.5%?23%，銅7.5%?12.5%，鎳0%?10%，鈷5%?12.5%進行配料；
[0011]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0012]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0013]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到IX 10_3Pa?2X 10_3Pa，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1000°C?1100°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
[0014]作為進一步優(yōu)選，步驟a中所述的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬的純度為99.9%。
[0015]作為進一步優(yōu)選，所得的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣的過冷液相區(qū) AT = 70 ?80°C。
[0016]作為進一步優(yōu)選，所得的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣的最大形成尺寸為15mm。
[0017]作為進一步優(yōu)選，所得的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣的最大斷裂強度為2080MPa。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:在提高了非晶材料的斷裂強度，提升了材料的力學性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1、實施例2、實施例3和對比例I的XRD圖譜。
[0020]圖2為實施例1、實施例2、實施例3和對比例I的DSC曲線。
[0021]圖3為實施例1、實施例2、實施例3和對比例I的應力一應變曲線。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0023]實施例1
[0024]一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料，由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯 38%，鈦 17%，銅 12.5%，鎳 5%，鈹 22.5%，鈷 5%。
[0025]制備方法:
[0026]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯38%，鈦17%，銅12.5%，鎳5%，鈹22.5%，鈷5%進行配料；
[0027]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0028]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0029]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到IX 10’a，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1000°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
[0030]經(jīng)測試得，過冷液相區(qū)ATx = 75°C，非晶合金的最大形成尺寸為12mm，斷裂強度為 1991MPa。
[0031]實施例2
[0032]一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料，由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯 38%，鈦 17%，銅 12.5%，鈹 22.5%，鈷 10%。
[0033]制備方法:
[0034]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯38%，鈦17%，銅12.5%，鈹22.5%，鈷10%進行配料；
[0035]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0036]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0037]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到2Xl(T3Pa，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1100°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
[0038]經(jīng)測試得，過冷液相區(qū)ATx = 74.1°C，非晶合金的最大形成尺寸為12mm，斷裂強度為 2010MPa。
[0039]實施例3
[0040]一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料，由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯 38%，鈦 17%，銅 10.5%，鈹 22.5%，鈷 12%。
[0041]制備方法:
[0042]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯38%，鈦17%，銅10.5%，鈹22.5%，鈷12%進行配料；
[0043]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0044]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0045]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到1.5Xl(T3Pa，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1050°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
[0046]經(jīng)測試得，過冷液相區(qū)ATx = 77°C，非晶合金的最大形成尺寸為15mm，斷裂強度為 2080MPa。
[0047]實施例4
[0048]一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料，由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯 41%，鈦 14%，銅 1.5%，鎳 9.5%，鈹 23%，鈷 5%。
[0049]制備方法:
[0050]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯41 %，鈦14%，銅7.5%，鎳9.5%，鈹23%，鈷5%進行配料；
[0051]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0052]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0053]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到IX 10’a，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1000°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
[0054]經(jīng)測試得，過冷液相區(qū)ATx = 75°C，非晶合金的最大形成尺寸為12mm，斷裂強度為 1992MPa。
[0055]實施例5
[0056]一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料，由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯 39%，鈦 15.5%，銅 7.5%，鎳 10%，鈹 23%，鈷 5%。
[0057]制備方法:
[0058]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯39%，鈦15.5%，銅7.5%，鎳10%，鈹23%，鈷5%進行配料；
[0059]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0060]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0061]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到IX 10’a，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1000°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
[0062]經(jīng)測試得，過冷液相區(qū)ATx = 76°C，非晶合金的最大形成尺寸為12mm，斷裂強度為 1986MPa。
[0063]對比例I
[0064]由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯38%，鈦17%，銅12.5%，鎳10 %鈹22.5%。
[0065]a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅和鎳的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分比:鋯38%，鈦17%，銅12.5%，鎳10%，鈹22.5%進行配料；
[0066]b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅和鎳的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅和鎳的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘；
[0067]C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅和鎳的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金；
[0068]d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到IX 10’a，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1000C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr38Ti17Cu12.5Ni10Be22.5塊狀非晶合金材料試樣。
[0069]經(jīng)測試得，過冷液相區(qū)ATx = 78°C，非晶合金的最大形成尺寸為12mm，斷裂強度為 1820MPa。
[0070]如圖1所示，在XRD衍射精度范圍內(nèi)，實施例1、實施例2、實施例3和對比例I的合金圖譜僅由一個象征非晶相特征的大彌散峰組成，沒有其它晶態(tài)相的衍射峰。說明實施例1、實施例2、實施例3和對比例I為單一的純非晶結(jié)構(gòu)。
[0071]如圖2所示，實施例1的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg:610°C，Tx:685°C。過冷液相區(qū)Λ Tx=Tx - Tg = 75°C。實施例2的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg:613°C, Tx:687.1°C。過冷液相區(qū)Λ Tx=Tx - Tg = 74.1°C。實施例3的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg:614°C, Tx:691°C。過冷液相區(qū)Λ Tx=Tx - Tg = TTC。對比例I的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg:588°C, Tx:666°C。過冷液相區(qū)Λ Tx =Tx-Tg = 78°C。由此可見，當鈷取代一定量的鎳和銅后，ΔΤχ大幅度減小,這說明非晶合金形成能力有所降低。
[0072]如圖3所示，實施例1的斷裂強度為1991MPa，實施例2的斷裂強度為2010MPa，實施例3的斷裂強度為2080MPa，對比例I的斷裂強度為1820MPa。當鈷取代一定量的鎳和銅后，非晶合金的斷裂強度明顯提升，材料的力學性能得到了很大的改善。
[0073]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料,其特征在于:由下列物質(zhì)按如下原子百分比組成:鋯38%?41%，鈦14%?17%，鈹22.5%?23%，銅?.5%?12.5%，鎳0%?10%，鈷 5%?12.5%。
2.如權(quán)利要求1所述的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料，其特征在于:各個物質(zhì)按照如下原子百分比組成:錯38%，鈦17%，銅10.5%，鈹22.5%，鈷12%。
3.一種用于制造如權(quán)利要求1-2任一項所述的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法，其特征在于: a、配料:選取高純度的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬作為原料，按照如下原子百分t匕:鋯 38%?41%，鈦 14%?17%，鈹 22.5%?23%，銅 7.5%?12.5%，鎳 0%?10%，鈷5%?12.5%進行配料； b、去除表面氧化層:打磨鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬表面，去除其表面的氧化層，將去除氧化層后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬放入丙酮溶液中清洗，并再通以超聲波清洗5分鐘； C、熔煉:將真空電弧熔煉爐抽真空并充入15Pa高純氬氣作為保護氣氛，然后將經(jīng)過超聲波清洗后的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬置于真空電弧熔爐中，反復熔煉5次，即得到混合均勻熔融狀態(tài)的母合金； d、水淬:將所述熔融狀態(tài)的母合金放入石英管中，對盛有母合金的石英管進行抽真空，使其內(nèi)部的真空度達到1父10_^1?2\10_^1，再將盛有母合金的石英管放入電阻爐中加熱至1000°C?1100°C，快速將石英管淬入飽和NaCl溶液中，在石英管內(nèi)即形成Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣。
4.如權(quán)利要求3所述的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法，其特征在于:步驟a中所述的鋯、鈦、鈹、銅、鎳和鈷的塊狀金屬的純度為99.9%。
5.如權(quán)利要求3所述的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法，其特征在于:所得的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣的過冷液相區(qū)Λ T = 40?70°C。
6.如權(quán)利要求3所述的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法，其特征在于:所得的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣的最大形成尺寸為15_。
7.如權(quán)利要求3所述的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料的制備方法，其特征在于:所得的Zr-T1-Cu-N1-Be-Co塊狀非晶合金材料試樣的最大斷裂強度為2080MPa。
【文檔編號】C22C30/02GK104404401SQ201410637277
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】司頤 申請人:遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院