一种锆基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锆基非晶合金，该锆基非晶合金的通式如：（ＺｒａＭｂＮｃ）１００－ｘＱｘ，其中，Ｍ为除锆之外的至少一种过渡金属，Ｎ为Ｂｅ或Ａｌ，Ｑ为ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３中的至少一种，ａ、ｂ、ｃ为原子百分比，且４５≤ａ≤７５，２０≤ｂ≤４０，１≤ｃ≤２５，ａ＋ｂ＋ｃ＝１００，１≤ｘ≤１５。本发明专利技术还提供了该锆基非晶合金的制备方法，该方法包括将Ｚｒ、Ｍ、Ｎ和Ｑ按照ＺｒａＭｂＮｃ∶Ｑ∶Ｚｒ的摩尔比为１００－ｘ∶ｘ＋ｙ∶ｙ的比例混合，然后依次进行熔融、过滤、浇注和冷却，１≤ｘ≤１５，０．１≤ｙ≤５。所述锆基非晶合金具有很高的抗弯强度、最大塑性应变和冲击韧性，从而具有很好的韧性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锆基非晶合金以及该锆基非晶合金的制备方法。
技术介绍
非晶合金材料由于具有长程无序而短程有序的特殊结构，因而具有高强度、高 硬度、耐磨性、耐蚀性、较大的弹性极限和高电阻性等优越的性能，而且还表现出优良的 超导性和低磁损耗等特点(W. L. Johnson，Bulk-FormingMetallic Alloys =Science and Technology, MRS BULLETIN, 1999年10月，第42-56页)，因此非晶合金材料被认为是最具 有潜力的新型结构材料，从而广泛应用到机械、医疗、IT电子、军工等领域。在常规的非晶合金制备过程中需要高纯度的原料和很高的真空度环境，少量的氧 或者别的杂质都将极大地降低合金的非晶形成能力。然而，如此苛刻的生产过程大大增加 了非晶合金制品的生产成本，限制了非晶合金的广泛应用。而且，非晶合金自身的一些缺点也限制了它的应用，具体的，非晶合金材料由于自 身结构的特殊，在承受载荷的时候不像晶态材料内部可以产生各种变形机制来抵抗变形， 因此在应力达到断裂强度时会发生突然断裂，导致灾难事故的发生，从而制约了非晶合金 材料在结构材料领域的应用。CN1578846A中公开了一种块体凝固非晶态合金，该合金包括一种包含多种金属 成分的基体块体凝固非晶态合金和附加的合金化金属，其通式如(MlaMa…M3。)1(KI_XQX，其中， Q是附加的合金化金属，且具体的选自La、Y、Ca、Al和Be。在该专利申请中，虽然在锆基非 晶合金的基础上通过添加La、Y、Ca、Al和Be等亲氧性元素能够抑制氧等杂质在非晶生产 过程中的有害作用，从而降低生产条件，进而降低生产成本，然而，该锆基非晶合金的韧性 仍然没有得到明显改善。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是为了克服现有的锆基非晶合金韧性较差的缺陷，提供一种具 有很好的韧性的锆基非晶合金。本专利技术的另一个目的是提供该锆基非晶合金的制备方法。本专利技术提供了一种锆基非晶合金，该锆基非晶合金的通式如araMbN。)1(l(l_xQx，其 中，M为除锆之外的至少一种过渡金属，N为Be或々1，0为010、1%03203、而203中的至少一种， a、b、c为原子百分比，且45彡a彡75，20彡b彡40，1彡c彡25，a+b+c = 100，1彡χ彡15。本专利技术还提供了一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括将Zr、Μ、N和Q按照 ZraMbNc Q ^ 的摩尔比为100-χ x+y y的比例混合，然后依次进行熔融、过滤、浇注 和冷却，从而制得的锆基非晶合金的通式如汝凡幻—从，其中，厘为除锆之外的至少一 种过渡金属，N为Be或Al，Q为CaO, MgO, Y2O3、Nd2O3中的至少一种，a、b、c为原子百分比， 且 45 彡 a 彡 75，20 彡 b 彡 40，1 彡 c 彡 25，a+b+c = 100,1 彡 χ 彡 15，0. 1 彡 y 彡 5。通过研究发现，在锆基非晶合金中通常含有灶02，ZrO2从高温四方相到低温斜方相的转变过程中，体积膨胀5-7%，在形成非晶的急剧冷却过程中，合金外部冷却固化，而内 部冷却相对缓慢，在内部晶相转变过程中，没有足够的膨胀空间而产生的膨胀应力可能是 导致合金脆化的主要原因之一。本专利技术的专利技术人意外地发现，通过采用本专利技术提供的所述 锆基非晶合金的制备方法，一方面向锆基非晶合金中引入金属氧化物(如CaO、MgO、Y203> Nd2O3中的至少一种)，从而能够显著改善所述锆基非晶合金的韧性；另一方面，向制备锆基 非晶合金的体系中加入过量的ττ和金属氧化物(如CaO、MgO、^O3、Nd2O3中的至少一种)， 所述过量的金属氧化物与^O2发生反应并生成难熔的复合氧化物，同时所述过量的ττ补 充^O2反应后损失的ττ原子，从而能够显著降低最终制得的锆基非晶合金中^O2的含量， 进而避免了 ^O2结构在降温过程中由于晶型转变而产生膨胀应力。因此，采用本专利技术提供 的所述锆基非晶的制备方法所制得的锆基非晶合金消除了由于合金脆化而降低韧性的缺 陷，从而具有很好的韧性。根据实验检测得知，本专利技术提供的所述锆基非晶合金的抗弯强度高达2780MPa，最 大塑性应变高达4. 5%，冲击韧性高达110KJ/m2，因此具有很好的韧性。附图说明图1表示根据实施例1-4和对比例1-2所制得的锆基非晶合金的应力-应变曲线 图；图2表示根据实施例1和2所制得的锆基非晶合金的XRD衍射图谱。 具体实施例方式本专利技术提供的所述锆基非晶合金的通式如araMbN。)1(l(l_xQx，其中，M为除锆之外的 至少一种过渡金属，N为Be或Al，Q为CaO、MgO J2O3、Nd2O3中的至少一种，a、b、c为原子百 分比，且45彡a彡75,20彡b彡40，1彡c彡25，a+b+c = 100，1彡χ彡15。为了使所述 锆基非晶合金获得更好的韧性，在所述锆基非晶合金的上述通式中，a、b、c、x的取值范围优 选如50彡a彡70，25彡b彡35，3彡c彡23，2彡χ彡5。在一种优选实施方式中，在所述锆基非晶合金的通式中，M为Ti、Ni、Cu中的至少 两种，在该优选情况下，所述锆基非晶合金不仅具有更好的韧性，而且具有更大的非晶形成 能力。最优选的情况下，M为Ni和Cu，或者为Ti、Ni和Cu。在M为Ni和Cu的情况下，在 所述锆基非晶合金中，Ni和Cu的原子比例可以为1 3.5-10;在所述11为11、附和01的 情况下，Ni、Cu和Ti的原子比例可以为1 1-2 1.2-2.5。本专利技术还提供了一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括将Zr、M、N和Q按照 ZraMbNc Q ^ 的摩尔比为100-x x+y y的比例混合，然后依次进行熔融、过滤、浇注 和冷却，从而制得的锆基非晶合金的通式如汝凡幻—从，其中，厘为除锆之外的至少一 种过渡金属，N为Be或Al，Q为CaO、MgO、Y2O3、Nd2O3中的至少一种，a、b、c为原子百分比， 且 45 彡 a 彡 75，20 彡 b 彡 40，1 彡 c 彡 25，a+b+c = 100,1 彡 χ 彡 15，0. 1 彡 y 彡 5。在本专利技术提供的所述方法中，^ 和Q的加入量使得&aMbN。 Q ^ 的摩尔比为 100-X x+y y，一方面，向所述混合料中加入X摩尔比例的Q，从而向所述锆基非晶合金 中引入Q(金属氧化物如CaO、MgO、Y2O3> Nd2O3中的至少一种)；另一方面，向所述混合料中 额外加入y摩尔比例的Q(即相对过量的Q)，y摩尔比例的Q与所述锆基非晶合金形成过程中产生的^O2发生反应形成难熔的复合氧化物，并通过后续的过滤步骤从所述锆基非晶合 金中分离出去，同时所述额外加入的y摩尔比例的^ 补充参与反应后损失的^ 原子。 在本专利技术中，y的取值范围可以根据通常制备通式如&aMbN。(其中，M为至少一种过渡金属， N为Be或Al，a、b、c为原子百分比，且45彡a彡75，20彡b彡40，1彡c彡25，a+b+c = 100)的锆基非晶合金的过程中产生的的摩尔量而确定。所述锆基非晶合金的制备过 程中产生的^O2的摩尔量可以通过测定最终制得的锆本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锆基非晶合金，其特征在于，该锆基非晶合金的通式如：（ＺｒａＭｂＮｃ）１００－ｘＱｘ，其中，Ｍ为除锆之外的至少一种过渡金属，Ｎ为Ｂｅ或Ａｌ，Ｑ为ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３中的至少一种，ａ、ｂ、ｃ为原子百分比，且４５≤ａ≤７５，２０≤ｂ≤４０，１≤ｃ≤２５，ａ＋ｂ＋ｃ＝１００，１≤ｘ≤１５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫清，李运春，菅永喜，张法亮，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]