一种Zr基大块体金属玻璃制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种Zr基大块体金属玻璃制备工艺。
【背景技术】
[0002]金属玻璃是一种不具有长程原子有序的合金，也称为非晶态合，是固态时原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金。研究表明，块体金属玻璃具有独特的力学和物理性能，强度高，韧性和耐磨性明显优于一般金属材料。错/钦基块体金属玻璃的断裂强度远高于对应的晶态材料。由于块体金属玻璃有非常好的弹性极限和高的屈服强度，高的硬度和比强度，非常好的耐腐蚀性能，低的热导，能直接加工成型，所以它适合用于军事领域，比如环保型动能穿甲弹，高耐磨表面硬化和轻量化部件。长期以来困扰金属玻璃发展的主要问题来自三个方面:一是金属玻璃的玻璃形成能力；二是金属玻璃的加工性问题；三是金属玻璃的焊接性问题。
[0003]为了克服上述问题，本发明设计一种Zr (锆)基块大体金属玻璃制备工艺，采用真空喷铸的方法制备出具有完全玻璃态的板、圆柱Zr55AlltlNi5Cu3合金。本发明的大块金属玻璃，不仅具有宽过冷液相区，大的玻璃形成能力及高的抗拉强度和优异的耐腐蚀性能，而且在过冷液相区，表现出超塑性以及优良的加工性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种Zr基块大体金属玻璃制备工艺。其技术方案是一种Zr基大块体金属玻璃制备工艺，其特征是:采用真空喷铸的方法制备出具有完全玻璃态的板、圆柱Zr55AlltlNi5Cu3合金，将高纯锆、铝、镍、铜金属按原子比例配比，在高纯氢气保护下电弧熔炼制成母合金。
[0005]Zr55Al10Ni5Cu3大块体金属玻璃组成成分:锆55%+铝10%镍5+铜3%，Fe为余量。
[0006]制备块体金属玻璃的设备为真空喷铸设备，整个制备过程在真空内完成。母合金放在石英管内，在高频感应炉中加热下熔化，然后用高纯氢气将熔体快速吹入铜模中。利用铜模的快速冷却抑制熔体的形核，从而得到块体金属玻璃。为保证成分的均匀，在熔炼过程中合金样品被翻转并重熔4-5次。
[0007]制备金属玻璃的真空喷铸设备:I超声发生器；2石英柑锅；3熔体；4牵引柱；5上真空腔；6密封面；7液体导管；8水冷铜模；9下真空腔；10真空系统；11气体注流系统。
[0008]本发明的特点是:本发明的大块金属玻璃，不仅具有宽过冷液相区，大的玻璃形成能力及高的抗拉强度和优异的耐腐蚀性能，而且在过冷液相区，表现出超塑性以及优良的加工性能。过冷液相区的存在使合金在受热发生晶化之前，在一定的温度范围内可以保持被“冻结”的液体结构，表现出具有一定粘度的与氧化物玻璃极为类似的性质。块体金属玻璃在过冷温度区间的粘性流动，使合金具有超塑性成形能力。应用这种超塑性，Zr基块体金属玻璃的最大延伸率可达到15000%。块体金属玻璃在过冷液相区的可塑性就如同面团一样易于形变而用于精确地压制成型。由于块体金属玻璃具有很高的玻璃形成能力，其匀质形核能力很小。对于特定的成分，在结合传统铸造方法的基础上，必须控制异质形核才能获得块体金属玻璃。采用真空喷铸的方法，由于在压力作用下熔体填充很快并能保持与模型的良好接触，因此，和激冷铸造相比可以制备出更大尺寸的块体金属玻璃。Zr基大块体金属玻璃由于其高的抗拉强度、好的延展性、高的弹性能和冲击断裂性能以及非常好的能量传递性，己经被用于制作高尔夫球头、医学上用于修复和制造外科手术器件。Zr基大块体金属玻璃估计在不远的将来，金属玻璃将会在不同领域给人类带来更大进步。
【具体实施方式】
[0009]一种Zr基大块体金属玻璃制备工艺，其特征是:采用真空喷铸的方法制备出具有完全玻璃态的板、圆柱Zr55AlltlNi5Cu3合金，将高纯锆、铝、镍、铜金属按原子比例配比，在高纯氢气保护下电弧熔炼制成母合金。
[0010]Zr55Al10Ni5Cu3大块体金属玻璃组成成分:锆55%+铝10%镍5+铜3%，Fe为余量。
[0011]制备块体金属玻璃的设备为真空喷铸设备，整个制备过程在真空内完成。母合金放在石英管内，在高频感应炉中加热下熔化，然后用高纯氢气将熔体快速吹入铜模中。利用铜模的快速冷却抑制熔体的形核，从而得到块体金属玻璃。为保证成分的均匀，在熔炼过程中合金样品被翻转并重熔4-5次。
【主权项】
1.一种Zr基块大体金属玻璃制备工艺，其特征是:采用真空喷铸的方法制备出具有完全玻璃态的板、圆柱Zr55AlltlNi5Cu3合金，将高纯锆、铝、镍、铜金属按原子比例配比，在高纯氢气保护下电弧熔炼制成母合金。
2.根据权利要求1所述的一种Zr基块大体金属玻璃制备工艺，其特征是:Zr55Al10Ni5Cu3大块体金属玻璃组成成分:锆55%+铝10%镍5+铜3%，Fe为余量。
3.根据权利要求1所述的一种Zr基块大体金属玻璃制备工艺，其特征是:制备块体金属玻璃的设备为真空喷铸设备，整个制备过程在真空内完成，母合金放在石英管内，在高频感应炉中加热下熔化，然后用高纯氢气将熔体快速吹入铜模中，利用铜模的快速冷却抑制熔体的形核，从而得到块体金属玻璃，为保证成分的均匀，在熔炼过程中合金样品被翻转并重熔4-5次。
4.根据权利要求1所述的一种压敏超导-金属-高分子复合材制备工艺，其特征是:制备金属玻璃的真空喷铸设备:I超声发生器；2石英柑锅；3熔体；4牵引柱；5上真空腔；6密封面；7液体导管；8水冷铜模；9下真空腔；10真空系统；11气体注流系统。
【专利摘要】本发明公开了一种Zr基块大体金属玻璃制备工艺。其技术方案是：采用真空喷铸的方法制备出具有完全玻璃态的板、圆柱Zr55Al10Ni5Cu3合金，将高纯锆、铝、镍、铜金属按原子比例配比，在高纯氢气保护下电弧熔炼制成母合金。本发明的特点是：本发明的大块金属玻璃，不仅具有宽过冷液相区，大的玻璃形成能力及高的抗拉强度和优异的耐腐蚀性能，而且在过冷液相区，表现出超塑性以及优良的加工性能。采用真空喷铸的方法，由于在压力作用下熔体填充很快并能保持与模型的良好接触。
【IPC分类】C22C45-10, C22C1-02
【公开号】CN104694771
【申请号】CN201310657623
【发明人】马文超
【申请人】青岛平度市旧店金矿
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日