一种锆基非晶合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锆基非晶合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 非晶合金出现于上个世纪六十年代。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。但非晶合金所具有的高强度、高硬度、耐 腐蚀和优异的高温流动性等材料性能吸引了广大科研工作者进行不断的研究，并相继开发 出了大临界尺寸且适于工业化生产的非晶合金，其临界尺寸逐渐从微米级发展到毫米级甚 者可达到厘米级。通常情况下把临界冷却速率小于500°C /s，临界尺寸大于1_的非晶合 金称为大块非晶合金。大块非晶合金的出现为工业化生产提供了可能。
[0003] 但是，目前非晶合金的非晶形成能力很容易受到非金属元素或杂质元素的影 响，导致非晶合金临界尺寸的大幅减小甚至无法形成非晶，尤其氧氮等非金属气体元素 会大幅恶化临界尺寸（文献 l，Weihua Wang，Progress in Materials Science，Vol52， Issue4, May2007, page :540-596)。因此，在制造非晶合金时，通常对原材料的纯度有非 常苛刻的要求，并且对冶炼的环境也要求非常严格，甚至需要在高真空的制备条件下(文 献 2, C. T. Liuetc, Metallurgical and Materials Transaction A, Vol29A,1998, page ： 1811-1820)。因此，大大增加了当前非晶合金实际生产的成本，且难于推广进行工业化生 产。
[0004] US6682611B2公开了一种非晶合金，该非晶合金在Zr-Cu-Al-Ni四元合金中掺杂 元素Y。虽然该发明针对某些特定的锆基非晶合金通过添加Y元素大大降低了对原材料纯 度的要求，但是不适当的Y元素的添加很容易引起制备的非晶合金的机械性能的恶化，进 而影响非晶合金的工程应用。
[0005] 由此可见，为了实现非晶合金的工业化生产，需要改进的非晶合金，降低当前非晶 合金生产对原材料和制备条件的要求，并且能够减少对非晶合金机械性能的影响。因此，需 要一种新的非晶合金，可以适于工业化生产。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术生产非晶合金时对原料纯度要求高的问题，提供一 种锆基非晶合金及其制备方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种锆基非晶合金，其中，该锆基非晶合金的组成 为：Zr aCubAl爲(EivxY丄；其中，M 选自 Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf 和 Ta 中的至少一种；a、b、c、 d和e为各元素在该锆基非晶合金中对应的原子百分数，分别为：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,3彡d彡15,0. 2 < e彡2. 5 ;Er与Y间的原子摩尔比满足0 < x < 0? 5。
[0008] 本发明还提供了一种制备锆基非晶合金的方法，该方法包括在惰性气体保护下或 真空条件下，将锆基非晶合金的原料进行熔炼并冷却成型，其中，所述锆基非晶合金的原 料包括Zr、Cu、Al、Er、Y和M，由所述锆基非晶合金的原料形成的锆基非晶合金的组成为： 21^111^1爲伍1'1_!^丄，其中，]?选自附、卩6、(：0、]\111、〇、11、1^和丁&中的至少一种 ；&、13、。、(1 和e为各元素在该锆基非晶合金中对应的原子百分数，分别为：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,3彡d彡15,0. 2 < e彡2. 5 ;Er与Y间的原子摩尔比满足0 < x < 0? 5。
[0009] 本发明提供的锆基非晶合金的组成中加入了 Er元素，并且Er和Y以特定比例组 合，不仅可以提高该非晶合金的非晶形成能力，获得的临界尺寸更大，而且对该非晶合金的 机械性能影响更小。另外本发明提供的锆基非晶合金更有利于非晶合金的工业化生产制 造，例如可以允许更高的杂志气体元素含量，大大降低对冶炼真空环境的要求；可以降低对 材料纯度的要求，可以选用工业级的锆材，可以大大降低合金的材料成本。
[0010] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0011] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0012] 本发明提供一种锆基非晶合金，其中，该锆基非晶合金的组成为： ZraCubAlcMd(Eiv xYx)e ;其中，M选自 Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf 和 Ta 中的至少一种；a、b、c、d 和e为各元素在该锆基非晶合金中对应的原子百分数，分别为：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,3彡d彡15,0. 2 < e彡2. 5 ;Er与Y间的原子摩尔比满足0 < x < 0? 5。 [0013] 在锆基非晶合金中引入稀土元素虽然可以降低对原材料的纯度的要求，提高锆基 非晶合金的非晶形成能力，但是锆基非晶合金的非晶形成能力对非晶合金中添加的稀土元 素的种类和数量非常敏感，而且添加的稀土元素的种类和数量会对非晶合金的机械性能产 生重要影响。
[0014] 如现有技术文献中，加入稀土元素Y虽然可以显著地提高非晶合金的非晶形成能 力，并且可以提高非晶合金的临界尺寸，但是添加过量的稀土元素Y，会显著降低得到的锆 基非晶合金的机械性能，而不利于非晶合金的工程应用。
[0015] 本发明提供的锆基非晶合金中，引入稀土元素Er，并且Er和Y以特定比例组合，也 可以有效地提高该锆基非晶合金的非晶形成能力，而且对该锆基非晶合金的机械性能的影 响可以远小于单独加入稀土元素Y。优选地，该锆基非晶合金的组成为Ji^CUbAl^jErhYx) e ;其中，M选自Ni、Fe、Co、Ti和Hf中的至少一种；a、b、c、d和e为各元素在该锆基非晶合 金中对应的原子百分数，分别为：40彡a彡70，15彡b彡35,5彡c彡15,3彡d彡15,0.3 < e彡2 ;Er与Y间的原子摩尔比满足0 < x < 0. 5。此组成的锆基非晶合金可以有更好 的非晶形成能力，可以使用工业级原材料，从而降低生产非晶合金的成本。并且使用具有上 述组成的锆基非晶合金即使含氧量高，仍然具有好的弯曲强度，降低了对生产非晶合金的 制造要求，有更好的工业生产应用前景。
[0016] 根据本发明的优选实施方式，优选情况下，所述锆基非晶合金的组成为：Zr5 i. 9Cu3〇A1 10Ni7 (Er〇. 91Y〇. 09) L: > Zr51Cu30Al 10Ni7Hf: (Er〇. 8Y〇. 2): > Zr50Cu30Al 10Ni6.5Hf Ji〇. 5 (Er〇.75Y0.25) 2、Zr51Cu27Al8Ni7Co 3Hf 0.8Fe2.5Ti0. (Er 0.52Y0.48) 0.21、Zr51.5Cu29Al10Ni 7 (Er0.8Y0.2)2.5 或 Zr65Cu21Al8Ni5 (Era 6Y〇. 4)工。
[0017] 本发明中，所述锆基非晶合金组成中，当M为一种元素时，d表示该元素在所述锆 基非晶合金中对应的原子百分数，如Zr51.9Cu3QAl 1QNi7 (Er^U hl，其中M选自Ni。当M选 自2种以上的元素时，d表示M选择的每种元素在该锆基非晶合金中对应的原子百分数之 和，如 Zr^A^AUiuHfJia.jErc^Ywl，其中 M选自 Ni、Hf 和 Ti，d 为 Ni、Hf 和 Ti 在锆 基非晶合金中分别对应的原子百分数6. 5、1和0. 5的和，即d=6. 5+1+0. 5=8。
[0018] 本发明提供的锆基非晶合金的组成中加入稀土元素Er，并且稀土元素Er和Y以特 定量组合，可以改善该锆基非晶合金的非晶形成能力，可以允许含有杂质元素尤其是杂质 气体元素的含量比单独加入稀土元素Y时更高，大大降低了对冶炼真空环境的要求。优选 情况下，所述锆基非晶合金中氧元素含量为lOOOppm以下。
[0019] 根据本发明，提供的锆基非晶合金的组成中加入以特定量组合的稀土元素Er和 Y，该锆基非晶合金中可以存在杂质元素。优选情况下，以所述锆基非晶合金的总量为基准， 所述锆基非晶合金中金属杂质元素的原子百分数为2%以下。
[0020] 根据本发明，所述锆基非晶合金的非晶形成能力改善，优选情况下，所述锆基非晶 合金的临界尺寸为3mm以上。
[0021] 本发明还提供了一种制备锆基非晶合金的方法，该方法包括在惰性气体保护下或 真空条件下，将锆基非晶