专利名称：：一种非晶合金及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种非晶合金及其制备方法，尤其是涉及一种新型的、高强度、高韧性和易于制备的非晶合金及其制备方法。
背景技术：
：大块非晶合金因其独特的微观结构一长程无序、短程有序，具有晶态合金所无法比拟的机械性能，如强度和硬度高、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。但是，由于非晶合金的制备条件苛刻对真空度和冷却速率要求都比较高，对多数体系非晶合金其尺寸都比较小，仅局限于条带、细丝和粉末，这就极大的限制了非晶合金的应用。要获得大尺寸的块体非晶，必须有足够高的冷却速度来保证，这样就会在生产过程中造成资源和成本的浪费。因此目前迫切需要提高非晶合金的抑制结晶能力，从而提高其非晶形成能力，降低对制备工艺的要求，控制生产成本。对于现有的铜锆基非晶材料，高强度一般是建立在苛刻的制备条件及较高的原料纯度的基础上的。这表明传统的铜锆基在制备方面有着较大的局限性。成分本身的混乱度不够，以至于必须使用高纯度原料和高真空来避免在凝固过程中异质形核。并依赖较大的冷却速度来抑制原子迁移而形成非晶。在韧性方面，铜锆基成分由于选用元素的原子半径没有明显的梯度，使得在原子的堆砌方面不够致密，导致材料本身抵抗裂纹扩展的能力降低，从宏观上表现在韧性值较低。
发明内容4本发明目的在于克服现有铜锆基非晶合金的韧性低、强度低和制备条件要求高的缺陷，从而提供一种具有高强度、高韧性且对制备条件要求极低的非晶合金。一种非晶合金的组成成分为CuaZrbMeBed，其中a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d=100;1^a邻，10^50，5%35，0<杉0;M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、Al、Sn、Si中的一种或一种以上。本发明的另一目的在于提供所述非晶合金的制备方法。该制备方法在制备的过程中抑制结晶能力较好。一种非晶合金的制备方法，该方法包括以下步骤1)、配料按照Cu:Zr:M:Be=a:b:c:d称取Cu、Zr、M和Be进行配料；2)、铸锭对熔炼炉抽真空至真空度为l(T2-103Pa，将经过步骤1)处理后的原料混合均匀，进行熔炼，以10-104K/s的冷却速度冷却得到母合金铸锭；3)、成型将步骤2)制得的母合金铸锭熔化，用常规的成型方式以10-104K/s的冷却速度冷却成型；其中a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+cN100;15^a￡45，10^bS50，5Sc$35，0Sc^30;M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、Al、Sn、Si中的一种或一种以上。本发明的非晶合金，可以有效的提高合金抑制结晶的能力，使临界尺寸提高到了厘米级，同时使强度和韧性有大幅度的提高。而由于该非晶材料具有的较好的非晶形成能力，在熔炼及成型过程中，对真空度和冷却速率的要求不大，从而降低了对熔炼及成型设备的要求。使该产品更易于进行工业化生产。如在满足冷却速率的条件下，可以采用相对廉价的不锈钢、铍铜等低导热系数的材料来作为成型模具。由于该合金抑制结晶的能力较强，所以对原料纯度和真空度的要求也降低很多。图1本发明实施例1-6与对比例1所制备的非晶合金的XRD图像。具体实施例方式一种非晶合金，其中，该非晶合金的组成为CuaZrbMeBed，其中a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d=100;15995，10$bS50，5$c$35，0Sd^30;M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、Al、Sn、Si中的一种或一种以上。优选为30^a^45，30^b￡40，5ScS25,O.Ol^c^lO,且a+b+c+d=100。本发明提供组成为CuaZrb(AgxSn(^))cBed的非晶合金，其中，30^^45，30^b^40,5^c￡25，0.01$d$10，(Kx〈l,且a+b+c+d=100。本发明提供组成为CuaZrb(TiyAlzY(,."))e的非晶合金，其中20^a^45，10^50，5^35，0<y<l，0<z<l且a+b+c+d=100，0<y+z<l。本发明提供一种非晶合金的制备方法，该方法包括以下步骤一种非晶合金的制备方法，该方法包括以下步骤1)、配料按照Cu:Zr:M:Be=a:b:c:d称取Cu、Zr、M和Be进行配料；2)、铸锭对熔炼炉抽真空至真空度为l(r2-103Pa，将经过步骤1)处理后的原料混合均匀，进行熔炼，以10-104K/s的冷却速度冷却得到母合金铸锭；3)、成型将步骤2)制得的母合金铸锭熔化，用常规的成型方式以10-104K/s的冷却速度冷却成型；其中，M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、Al、Sn、Si中的一种或一种以上。a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d-100;15^a邻，10$bS50，5ScS35，0SdS30，优选为30^a^45，30Sb兰50，5$cS25，0.01$dSl0。所述熔炼温度为1500-2500°C，优选为1800-2000°C，真空度为l(T2-1000Pa，优选为l(T2-500Pa。在所述抽真空之后通入保护气体，所述保护气体为元素周期表中第零族元素中的一种或几种气体，如氦、氖、氩、氪中的一种或多种。所述熔化的温度为1500-2000°C，优选为1800-2000°C。所述冷却的速度优选为102-103K/s。冷却铸锭和冷却成型之前的熔炼和熔化方式均可采用目前各种比较常用的熔炼方式，包括电弧熔炼、感应熔炼、电阻加热熔炼等；成型方式可采用铜模浇铸、压铸、吸铸、甩带，水淬法等。下面结合实施例对本发明进一步详细说明实施例l将纯度为99.6wtX的Cu、Zr、Ti、Al、Y共25g按照Cu:Zr:Ti:Al:Y=44:45:2:7:2的比例放置于电弧熔炼炉中抽真空至50Pa，通入氩气，在2000'C的条件下进行熔炼，熔炼时间20-50s，充分搅拌之后冷却成锭，冷却速度104K/s，以2000'C的电弧加热方式熔化后以冷却速度104K/s用铍铜模具浇铸成尺寸3"0n00mm的合金样品C1。实施例2将纯度为99.6wt%的Cu、Zr、Al、Ti、Be共200kg按照Cu:Zr:Al:Ti:Be=43:45:7:2:2的比例放置于感应熔炼炉中抽真空至lOOPa，通入氮气，在150(TC的条件下进行熔炼，熔炼时间20分钟，充分搅拌之后以冷却速度102K/s冷却成锭，以180(TC电阻加热的方式熔化后以冷却速度为103K/s采用不锈钢模具压铸的方法制出尺寸3*10*100mm的合金样品C2。实施例3将纯度为99.6wt%的Cu、Zr、Ag、Sn、Be共200kg按照Cu:Zr:Ag:Sn:Be=44:38:7:1:10的比例放置于感应熔炼炉中抽真空至500Pa，在180(TC的条件下以感应加热的方式进行熔炼，熔炼时间30s，充分搅拌之后以冷却速度10K/s冷却成锭，以1500。C电阻加热的方式熔化后以冷却速度为102K/s采用不锈钢模具压铸的方法制出尺寸3*10*100mm的合金样品C3。实施例4将纯度为99.9wt^的Cu、Zr、Ti、Ni、Si、Be共200kg按照Cu:Zr:Ti:Ni:Si:Be=44:11:30:8:1:4的比例放置于感应熔炼炉中抽真空至300Pa，在160(TC的条件下以感应加热的方式进行熔炼，熔炼时间20分钟，充分搅拌之后以冷却速度150K/s冷却成锭，以温度1700'C电阻加热的方式熔化后以冷却速度为103K/s以甩带法制出尺寸切割成3nonOOmm的合金样品C4。实施例5将纯度为99.8wt^的Cu、Zr、Ti、Be共20g按照Cu:Zr:Ti:Be=40:37:8:15的比例放置于石英管中抽真空至1000Pa，通入氩气，在温度190(TC保护的条件下以感应加热的方式进行熔炼，熔炼时间45s，充分搅拌之后以冷却速度50K/s冷却成锭，以温度2000"C感应加热的方式熔化后以冷却速度为103K/s的水淬法制出尺寸3*10*100mm的合金样品C5。实施例6将纯度为99.9wt^的Cu、Zr、Al、Be共20g按照Cu:Zr:Al:Be=35:30:5:20的比例放置于石英管中抽真空至500Pa，通入氩气，在温度180(TC的条件下以电弧加热的方式进行熔炼，熔炼时间为50s，充分搅拌之后以冷却速度104K/s冷却成锭，以温度为2000'C感应加热的方式熔化后以冷却速度为104K/s的水淬法制出尺寸3*10*100mm的合金样品C6。对比例1本对比例用于说明现有技术条件下的非晶材料。将纯度为'99.9wtX的Zr、Ti、Cu共25g按照Cu:Zr:Ti-60:30:10的比例放置于电弧熔炼炉中，抽真空至5Pa，通入氩气，在190(TC的条件下进行熔炼，熔炼时间40s，充分搅拌之后以冷却速度为1(^K/s冷却成锭，以温度1800'C电弧加热方式熔化后以冷却速度为1(^K/s用铜模浇铸成尺寸3"0"00mm的合金样品D。实施例7-12将实施例1-6得到的非晶合金样品Cl-C6分别按照下列条件进行冲击实验和XRD分析。1)、压縮试验本实验在新三思生产的CMT5000系列万能试验机上进行。测试结果如表1所示。将长径比2-4之间的样品两端加工至平齐，放置于万能试验机上下压盘之间，压縮至断裂，得出样品的抗压强度。2)、冲击实验本实验在新三思生产的ZBC1000系列摆锤冲击试验机上进行。测试结果如表1所示。对样品加工2mmV型缺口，并进行夏比冲击试验，得到样品冲击韧性。参考标准GBT229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法。3)、XRD分析XRD衍射分析是对材料进行物相分析，以判定合金是否为非晶，本实验是在型号为D-MAX2200PC的X射线粉末衍射仪上进行。以铜靶辐射，其入射波长^1.54060A，加速电压为40KV,电流为20mA,采用步进扫描，扫描步长为0.04°，测试结果如图1所示。对比例2将对比例1得到的非晶合金样品D按照实施例6-10的条件进行冲击实验和XRD分析。测试分析结果如表1，图1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>从表1中可以看出对比例1提供的非晶合金样品D，冲击韧性为116.95KJ/m2，而本发明实施例l-6提供的非晶合金样品Cl-C6中，冲击韧性最低为167.06KJ/m2，最高可达295.68KJ/m2。显然，本发明中所提供的非晶合金在抗冲击性能方面有较大提高。对比例1提供的非晶合金样品D的压縮强度为1834.56MPa，实施例l-6提供的非晶合金样品Cl-C6中，压縮强度最低为2241.24MPa，最高达到2564.24MPa，很明显本发明别的非晶合金的强度比现有的非晶合金的强度大。从图1中的实施例的合金样品Cl、C2、C3、C4、C5、C6和对比例的合金样品D的各个漫散峰可以看出，本发明实施例1-6提供的合金样品Cl-C6和对比例1提供的合金样品D均为非晶态。权利要求1、一种非晶合金，其特征在于，该非晶合金的组成为CuaZrbMcBed，其中a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d＝100；15≤a≤45，10≤b≤50，5≤c≤35，0≤d≤30；M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、A1、Sn、Si中的一种或一种以上。2、根据权利要求1所述的非晶合金，其中，30^^45，304^40，5今《5，0.01^10，且a+b+c+d=100。3、根据权利要求2所述的非晶合金，其中，该非晶合金的组成为CuaZrb(AgxSn(1_x))cBed，其中，30^a^45，30$b^40，5》^25，O.Ol^d^lO,0<x<l,且a+b+c+d=100。4、根据权利要求1所述的非晶合金，其中，该非晶合金的组成为CuaZrb(TiyAlzY(1_y.z))c,其中15^a^45，10$b^50，5ScS35，0<y<l，0<z<l且a+b+c+d=100，0<y+z<l。5、一种非晶合金的制备方法，该方法包括以下步骤1)、配料按照Cu:Zr:M:Be=a:b:c:d称取Cu、Zr、M和Be进行配料；2)、铸锭对熔炼炉抽真空至真空度为10—2-103Pa，将经过步骤1)处理后的原料混合均匀，进行熔炼，以10-104K/s的冷却速度冷却得到母合金铸锭；3)、成型将步骤2)制得的母合金铸锭熔化，用常规的成型方式以10-104K/s的冷却速度冷却成型；其中a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d-100;15^a^45，10$bS50，5今$35，0Si^30;M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、Al、Sn、Si中的一种或一种以上。6、根据权利要求5所述的非晶合金的制备方法，其中，3(^^45，30!b，，5^25,O.Ol化lO，且a+b+c+d=100。7、根据权利要求5所述的非晶合金的制备方法，其中烙炼温度为1500-2500。C。8、根据权利要求5所述的非晶合金的制备方法，其中，在所述抽真空之后通入保护气体。9、根据权利要求8所述的非晶合金的制备方法，其中，所述保护气体为元素周期表中第零族元素的气体、氮气中的一种或几种。全文摘要本发明涉及一种非晶合金，该非晶合金的组成为Cu<sub>a</sub>Zr<sub>b</sub>M<sub>c</sub>Be<sub>d</sub>，其中a、b、c、d为摩尔百分数且a+b+c+d＝100；15≤a≤45，10≤b≤50，5≤c≤35，0≤d≤30；M为过渡族金属中除Cu、Zr外的元素、Al、Sn、Si中的一种或一种以上。本发明的非晶合金，可以有效的提高合金抑制结晶的能力，使临界尺寸提高到了厘米级，同时使强度和韧性有大幅度的提高。本发明涉及非晶合金的之内方法。该方法对真空度和冷却速率的要求不大，从而降低了对熔炼及成型设备的要求。使该产品更易于进行工业化生产。文档编号C22C45/00GK101538690SQ200910009789公开日2009年9月23日申请日期2009年1月20日优先权日2008年3月21日发明者昆卢,张法亮,潘碧绦,宽高申请人:比亚迪股份有限公司