本發(fā)明涉及非晶合金，特別提供一種擁有較高非晶形成能力的鋯基非晶合金及其制備方法。

背景技術：

非晶合金在上世紀60年代首次在Au-Si共晶體系中被發(fā)現(xiàn)，自此，這種材料由于其各種優(yōu)異的性能一直被廣泛的關注，更是被認為會引領下一次的材料革命。由于非晶合金在結構上具有長程無序而短程有序的特點，使得其對比傳統(tǒng)的晶體金屬材料有著獨特的性能：例如一般Zr基非晶合金的強度是鋼的2倍，其耐腐蝕性能是不銹鋼的幾十甚至上百倍，其高達2％的彈性極限是一般傳統(tǒng)晶體金屬材料的3倍等等。這些優(yōu)良的性能為非晶合金在航天、IT電子、機械、化工等領域帶來了廣闊的發(fā)展前景。

目前，世界上對于非晶合金的應用主要集中在條帶及變壓器鐵芯的應用，而對于塊體非晶合金的應用幾乎沒有什么例子，這主要是由于以下幾個原因造成的：

1、缺乏好的非晶合金的成分。在眾多非晶合金體系中，Zr基合金由于其優(yōu)異的性能和良好的非晶形成能力，被認為是最可以應用的非晶合金。而國際上成型能力好、性能優(yōu)異的Zr基非晶合金都已受到專利保護，其高額的專利使用或購買費用對于非晶合金的產(chǎn)業(yè)化造成了一定的阻礙。

2、非晶合金高成本的影響。由于非晶合金對于原材料的純度有著很高 的要求，比如Zr基非晶合金需要高純鋯作為原料，其價格非常昂貴，這是目前制約非晶合金廣泛應用的一個瓶頸問題。除此之外，非晶合金在生產(chǎn)過程中也需要很高的真空度，這進一步的增加了非晶合金的成本。

3、缺乏生產(chǎn)上可重復性好的非晶合金。一直以來，非晶合金都無法實現(xiàn)實驗室條件與生產(chǎn)條件的對接，即在實驗室條件下獲得的非晶合金在生產(chǎn)條件中其質量不穩(wěn)定，重復性不好，所得產(chǎn)品不完全是非晶結構，不能大規(guī)模生產(chǎn)。

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種成本低、易于工業(yè)條件使用的鋯基非晶合金成分及制備方法，力爭解決阻礙鋯基非晶合金工業(yè)化所面臨的難題，為其未來的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎。

技術實現(xiàn)要素：

針對目前鋯基非晶合金在生產(chǎn)過程中對于原料純度及真空度要求很高的問題，本發(fā)明提供了一種成本低、可重復使用的鋯基非晶合金及其制備方法，這種鋯基非晶合金具有優(yōu)良的非晶形成能力，并且具有優(yōu)良的機械性能。

本發(fā)明具體提供了一種鋯基非晶合金，所述鋯基非晶合金為(Zr_aCu_bNi_cAl_dTi_e)_100-xO_x，a、b、c、d、e、x為原子百分比，其中：40≤a≤60，34≤b≤50，0≤c≤5，2≤d≤14，0≤e≤5，50ppm≤x≤5000ppm。以合金總體積為準，該鋯基非晶合金在澆鑄成為直徑大于等于4mm、長度50mm的棒狀樣品時，其非晶含量為30％至99％，壓縮塑性變形大于3％。

本發(fā)明所述鋯基非晶合金，其特征在于：a、b、c、d、e、x(原子百分 比)的取值范圍優(yōu)選為：44≤a≤54，40≤b≤50，0≤c≤5，5≤d≤10，e＝0，400ppm≤x≤3500ppm。此時該鋯基非晶合金在澆鑄成為直徑大于等于4mm、長度50mm的棒狀樣品時，其非晶含量大于40％。

本發(fā)明所述鋯基非晶合金，a、b、c、d、e、x(原子百分比)的取值范圍優(yōu)選為：44≤a≤51，40≤b≤50，0≤c≤5，5≤d≤10，0.5≤e≤3，400ppm≤x≤3500ppm。此時該鋯基非晶合金在澆鑄成為直徑大于等于6mm、長度50mm的棒狀樣品時，其非晶含量大于70％。

本發(fā)明所述鋯基非晶合金，a、b、c、d、e、x(原子百分比)的取值范圍優(yōu)選為：44≤a≤52，38≤b+c≤48，5≤d≤10，1≤e≤3，400ppm≤x≤3500ppm。此時該鋯基非晶合金在澆鑄成為直徑大于等于6mm、長度50mm的棒狀樣品時，其非晶含量大于70％，壓縮塑性大于4％。

本發(fā)明還提供了所述鋯基非晶合金的制備方法，其特征在于：在真空度為0.1-10帕的情況下，通入惰性保護氣體，將原料熔煉并快速冷卻至非晶態(tài)，其中冷卻速度大于10K/s，合金的熔煉溫度為3000℃，每次熔煉時間大于30秒，反復熔煉大于等于4次。

本發(fā)明所述鋯基非晶合金的制備方法，其特征在于：對于制備非晶合金的原料純度要求低，其原料純度大于97％即可，其中對于氧含量要求小于10000ppm。本發(fā)明通過對合金成分的調整和控制，采用低純度的原料制備非晶合金，所得合金的非晶形成能力與采用高純度原料所制得的非晶合金相媲美，并且壓縮塑性沒有減小

具體實施方式

以下實施例所用原料純度>97％，氧含量<1at.％，氬氣純度大于95％。

實施例1

成分：(Zr₄₉Cu_36.6Ni_1.4Al₁₃)_99.8O_0.2

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至1帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)大于30％。

實施例2

成分：(Zr₄₆Cu₄₆Ti₂Al₆)_99.8O_0.2

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至1帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)大于40％。

實施例3

成分：(Zr_47.75Cu₃₅Ni₅Ti₂Al_10.25)_99.9O_0.1

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至0.1帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)大于90％，其壓縮塑性為6％。

實施例4

成分：(Zr_45.5Cu_44.1Ni_4.9Al_5.5)_99.7O_0.3

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至10帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)大于35％。

實施例5

成分：(Zr₅₁Cu_35.55Ni_3.95Al_9.5)_99.8O_0.2

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至0.1帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)大于60％。

實施例6

成分：(Zr₄₉Cu_35.55Ni_3.95Ti₂Al_9.5)_99.8O_0.2

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至0.1帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)大于75％。

實施例7

成分：(Zr_45.5Cu_41.8Ni_2.2Ti₅Al_5.5)_99.8O_0.2

將原料按成分的原子百分比放入熔煉爐中，抽真空至0.1帕，之后通入氬氣作為保護氣，在3000攝氏度下熔煉合金4分鐘，反復熔煉4次，然后將熔體澆鑄進入模具中，獲得尺寸為的棒狀樣品，其非晶相所占體積百分數(shù)為45％。

比較例1

Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅塊體非晶合金，在低氧含量(氧含量小于200ppm)下，其非晶形成臨界尺寸為30mm，而在氧含量達到1300ppm時，其非晶形成臨界尺寸降低為7mm，在氧含量達到2800ppm時，其非晶形成臨界尺寸進一步降低為3mm，其塑性變形量約為2％。

比較例2

Zr₆₅Cu_17.5Al_7.5Ni₁₀塊體非晶合金，在低氧含量(氧含量小于200ppm)下，其非晶形成臨界尺寸為16mm，而在氧含量達到2800ppm時，其非晶形成臨界尺寸降低為3mm，其塑性變形量約為2％。

比較例3

Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅塊體非晶合金，在低氧含量(氧含量小于200ppm)下，其非晶形成臨界尺寸為10mm，而在氧含量達到590ppm時，其非晶形成臨界尺寸降低為6.5mm，在氧含量達到2000ppm時，其非晶形成臨界尺寸進一步降低為3.5mm，其塑性變形量約為3％。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術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)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。