一种锆基非晶合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非晶合金及其制备方法，特别是一种锆基非晶态合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 非晶合金出现于上个世纪六十年代，常用的非晶合金体系有：Zr基、Ti基、Cu基、 Fe基、Pd基、Pt基、Mg基、Co基、Ca基和稀土基的Y基、La基、Pr基、Nd基等。最初的非晶 合金由于临界尺寸（形成非晶的最大尺寸）只能达到微米级，而难以得到实际应用。大块非 晶合金因其独特的微观结构--长程无序、短程有序，具有晶态合金所无法比拟的机械性 能，如强度、硬度高、弹性好、耐蚀、耐磨等，在航空、航天领域、IT电子、机械、化工等行业有 广泛的应用前景。
[0003] 其中，锆基非晶合金具有优异的力学性能，是目前非晶领域研究的热点，并 有部分合金已经应用于产品的生产，如Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金，用于生产高尔夫球头； Zr-Cu-Al-Ni-Nb合金，以用于生产手机零部件。但现有的锆基非晶合金的密度在6g/cm3到 7g/cm 3,这对于要求质轻的3c产品零部件，材质密度仍显过大；锆基非晶合金虽已商业化 应用，但通常需要高纯净度的原材料，由于杂质的污染而且难于循环再回收利用，高昂的成 本导致无法大规模工业化应用。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明为解决现有的锆基非晶合金的密度大、临界尺寸小的技术问题，提供一种 密度轻、临界尺寸大的锆基非晶合金及其制备方法。
[0006] 本发明提供了一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为ZraTibBe cMdRe，其中 a、b、c、d、e为原子百分数；25彡a彡35,30彡b彡40，10彡c彡25，10彡d彡20,0〈e〈2， 且 a+b+c+d+e=100 ;所述 M 为 Co、Cu、Cr、Hf 和 Nb 中的一种或几种；所述 R 为 Pr、Nd、Sm、Gd、 Tb、Dy和Y中的一种或几种。
[0007] 本发明还提供了一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括： 1) 母合金铸锭的制备：在保护气体气氛下，将非晶合金原料在真空熔炼炉中进行熔炼 后，冷却成型； 2) 成型方法：将步骤1)制得的母合金铸锭重新熔化，采用重力浇铸、吸铸、喷铸或压铸 方式将合金溶液倒入成型模具中冷却得到非晶合金； 其中，所述非晶合金原料包括Zr、Ti、Be、M和R的加入量满足通式ZraTibBe cMdRe表示的 各组分的比例，其中a、b、c、d、e为原子百分数；25彡a彡35, 30彡b彡40,10彡c彡25， 10彡d彡20,0〈e〈2，且a+b+c+d+e=100;所述M为Co、Cu、Cr、Hf和Nb中的一种或几种 ；所 述R为Pr、NcU Sm、GcU Tb、Dy和Y中的一种或几种。
[0008] 本发明提供的锆基非晶合金，其密度为5. 5g/cm3,显著低于现有的锆基非晶合金 密度；同时本发明的非晶合金的临界尺寸大。能够适用于要求高的3c产品的要求。
【附图说明】
[0009] 图1为实施例1得到的非晶合金的XRD图。
【具体实施方式】
[0010] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0011] 本发明提供了一种锆基非晶合金，所述锆基非晶合金的组成为ZraTibBe cMdR6，其中 a、b、c、d、e为原子百分数；25彡a彡35,30彡b彡40，10彡c彡25，10彡d彡20,0〈e〈2， 且 a+b+c+d+e=100 ;所述 M 为 Co、Cu、Cr、Hf 和 Nb 中的一种或几种；所述 R 为 Pr、Nd、Sm、Gd、 Tb、Dy和Y中的一种或几种。
[0012] 本发明提供的锆基非晶合金，具有足够大的非晶形成能力，临界尺寸可以达到8_ 以上；众所周知，过小的非晶形成能力，很难用于成型制造大零件尺寸的非晶产品，只能用 于生产非晶薄片，因此本发明的锆基非晶合金适合于生产制造壁厚度在3mm以下的高强度 结构件，例如3C产品的内构件、壳体；汽车零部件中的小型精密高强度部件等。本发明的非 晶合金中，同时不含有镍元素，镍元素的存在会产生镍析出，而易于引起人体的过敏，因此 本发明的锆基非晶合金特别易于作为3C产品的结构部件。
[0013] 根据本发明所提供的锆基非晶合金，为了使非晶合金的密度更小、临界尺寸更大， 优选地，所述M为Co、Cu中的一种或两种；所述R为Y元素。
[0014] 根据本发明所提供的锆基非晶合金，优选地，所述Zr、Ti、Be、M、R的纯度为大于 97%。所述非晶合金中还包括0-3%的金属杂质，所述金属杂质为过渡族元素中的一种或几 种。本发明的锆基非晶合金，可以采用低纯度工业原材料生产制造，其原材料纯度仅需要达 到97%以上重量百分比纯度即可，这样就可以允许材料中有l-3wt%的杂质含量，优选金属 元素，对于工业化生产而言就可以采用边角料、回收料以及低品质的工业化原材料，这可以 有效的降低锆基非晶合金的生产成本，同时有利于非晶合金在生产过程中的回收利用。
[0015] 根据本发明所提供的锆基非晶合金，优选地，所述非晶合金的临界尺寸大于等于 8mm 〇
[0016] 本发明还提供了一种锆基非晶合金的制备方法，该方法包括： 1) 母合金铸锭的制备：在保护气体气氛下，将非晶合金原料在真空熔炼炉中进行熔炼 后，冷却成型； 2) 成型方法：将步骤1)制得的母合金铸锭重新熔化，采用重力浇铸、吸铸、喷铸或压铸 方式将合金溶液倒入成型模具中冷却得到非晶合金； 其中，所述非晶合金原料包括Zr、Ti、Be、M和R的加入量满足通式ZraTibBe cMdRe表示的 各组分的比例，其中a、b、c、d、e为原子百分数；25彡a彡35, 30彡b彡40,10彡c彡25， 10彡d彡20,0〈e〈2，且a+b+c+d+e=100;所述M为Co、Cu、Cr、Hf和Nb中的一种或几种 ；所 述R为Pr、NcU Sm、GcU Tb、Dy和Y中的一种或几种。
[0017] 根据本发明所提供的锆基非晶合金的制备方法，优选地，所述保护气体为氩气、氮 气、氦气、氖气、氪气、氣气中的一种或几种。
[0018] 根据本发明所提供的锆基非晶合金的制备方法，优选地，所述熔炼温度为 800-1200°C，熔炼时间为 5-40min。
[0019] 根据本发明所提供的锆基非晶合金的制备方法，优选地，所述M为Co和Cu中的一 种或两种；所述R为Y。
[0020] 根据本发明所提供的锆基非晶合金的制备方法，优选地，所述Zr、Ti、Be、M、R的 纯度为97-100%。 下面通过具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0021] 实施例1 按照Zr3tlTi32Be22Co6Cu 9Pr进行合金配比，金属锆采用工业级HZr-I海绵锆，钛采用纯度 大于99%的工业级海绵钛，铍采用纯度99%的工业铍锭，钴采用纯度大于99%的钴锭，铜采 用1#废旧铜，纯度约为97%，镨采用纯度为99%的镨金属。
[0022] 合金配比完成后投入真空熔炼炉中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氩气进行气 氛保护，进行合金化冶炼，冶炼温度为1200°C,冶炼时间为15Min,冶炼完成后将合金烙体 铸入铜模具中，获得直径介于5mm到30mm的非晶合金Al。
[0023] 实施例2 按照Zr25Ti35Be25Cr5Cu 9Nd进行合金配比，金属锆采用工业级HZr-I海绵锆，钛采用纯度 大于99%的工业级海绵钛，铍采用纯度99%的工业铍锭，铬采用纯度大于99%的铬锭，铜采 用1#废旧铜，纯度约为97%，钕采用纯度为99%的钕金属。
[0024] 合金配比完成后投入真空熔炼炉中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氩气进行气 氛保护，进行合金化冶炼，冶炼温度为1200°C,冶炼时间为15Min,冶炼完成后将合金烙体 铸入铜模具中，获得直径介于5mm到30mm的非晶合金A2。
[0025] 实施例3 按照Zr35Ti3ciBe24CultlSm进行合金配比，金属锆采用工业级HZr-I海绵锆，钛采用纯度大 于99%的工业级海绵钛，铍采用纯度99%的工业铍锭，铜采用1#废旧铜，纯度约为97%，钐采 用纯度为99%的钐金属。
[0026] 合金配比完成后投入真空熔炼炉中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氩气进行气 氛保护，进行合金化冶炼，冶炼温度为1200°C,冶炼时间为15Min,冶炼完成后将合金烙体 铸入铜模具中，获得直径介于5mm到30mm的非晶合金A3。
[0027] 实施例4 按照Zr25Ti37Be17Nb2tlGd进行合金配比，金属锆采用工业级HZr-I海绵锆，钛采用纯度大 于99%的工业级海绵钛，铍采用纯度99%的工业铍锭，铌采用纯度约为99%的铌条，钆采用 纯度为99%的钆金属。
[0028] 合金配比完成后投入真空熔炼炉中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氩气进行气 氛保护，进行合金化冶炼，冶炼温度为1200°C,冶炼时间为15Min,冶炼完成后将合金烙体 铸入铜模具中，获得直径介于5mm到30mm的非晶合金A4。
[0029] 实施例5 按照Zr3tlTi32Be22Cr6Cu 9Tb进行合金配比，金属锆采用工业级HZr-I海绵锆，钛采用纯度 大于99%的工业级海绵钛，铍采用纯度99%的工业