一种具有优异压缩塑性的Zr基块体非晶合金及其制备方法

本发明属于非晶合金，特别涉及一种具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金及其制备方法。

背景技术：

1、块体非晶合金具有长程无序短程有序的结构特征，因此具有很多独特优异的物理、化学性能。其中锆基非晶合金由于其大的临界尺寸、高的强度和弹性应变、相对低的弹性模量等特征在体育器械和机械工程等诸多领域具有显著的应用前景。然而非晶合金不存在晶界、位错等缺陷，表现为很低的室温塑性，常表现为脆性断裂，这严重限制了其实际应用范围。因此具有高塑性、高强度的zr基础块体非晶合金始终是科学家追求的目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金及其制备方法。本发明主要是在块体非晶合金体系(zr40ti40ni20)100-xbex(20≤x≤28)中掺杂nb并采用电弧熔炼和铜模吸铸的方法直接获得本发明的产品。

2、本发明的目的通过下述方案实现：

3、一种具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金，zr基块体非晶合金的分子式为((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby，其中20≤x≤28，0≤y≤12。

4、优选的，24≤x≤28，3≤y≤6。

5、优选的，zr基块体非晶合金的屈服强度、最大抗压强度以及塑性应变量均随着nb含量的增加而先上升后降低。

6、本发明还提供了该具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)电弧熔炼制备合金锭：

8、按配比向真空电弧炉中加入zr40ti40ni20母合金锭和be单质，熔炼合金前，设备抽真空，待真空度达到6×10-4pa时，充入高纯氩气至电弧炉炉腔内压强为0.2×105pa，然后在氩气保护下进行五次熔炼，熔炼电流200～240安培，当固态物质全部熔炼成液体后在水冷铜坩埚中冷却，获得成分均匀的(zr40ti40ni20)100-xbex母合金，20≤x≤28；

9、按配比向压缩塑性大于10％的(zr40ti40ni20)100-xbex母合金中加入nb单质，采用与制备(zr40ti40ni20)100-xbex母合金相同的操作条件和步骤熔炼五次，获得成分均匀的((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby合金锭，0≤y≤12；

10、(2)铜模吸铸技术获得zr基块体非晶合金：

11、将((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby合金锭放入铜模吸铸设备的铜熔池中，设备抽真空，待真空度达到6*10-4pa时，充入高纯氩气至电弧炉炉腔内压强为0.2*105pa，再在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流200～240安培，当熔体温度1100～1300℃时((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby合金锭熔化至液体，打开吸铸阀，将合金熔体吸入铜模中获得zr基块体非晶合金。

12、优选的，步骤(1)中熔炼前或步骤(2)中吸铸前，设备抽真空和充入高纯氩气后，均先将钛锭熔化以吸收炉内残余的氧含量，然后进行熔炼或吸铸。

13、优选的，(zr40ti40ni20)100-xbex母合金成分范围为24≤x≤28。

14、优选的，((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby合金锭成分范围为24≤x≤28，3≤y≤6。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优势和特点：

16、本发明通过在二十面体准晶体系中添加元素be和nb，采用铜模吸铸方法直接制备得到了具有高强度、高压缩塑性、明显加工强化特征的zr基块体非晶合金，无需后续处理工艺，制备工艺简单；该组zr基块体非晶合金中有3个组分的压缩塑性变形均超过25％，最优组分的压缩塑性变形高达29.7％，表现出屈服强度为1985mpa、最大抗压强度高达2818.7mpa的显著加工强化行为。

技术特征：

1.一种具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金，其特征在于，所述zr基块体非晶合金的分子式为((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby，其中20≤x≤28，0≤y≤12。

2.根据权利要求1所述的具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金，其特征在于，分子式为((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby，24≤x≤28，3≤y≤6。

3.根据权利要求1所述的具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金，其特征在于，所述zr基块体非晶合金的屈服强度、最大抗压强度以及塑性应变量均随着nb含量的增加而先上升后降低。

4.权利要求1～3任一项所述的具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中熔炼前或步骤(2)中吸铸合金前，设备抽真空和充入高纯氩气后，均先将钛锭熔化以吸收炉内残余的氧含量，然后进行熔炼或吸铸。

6.根据权利要求4所述的具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金的制备方法，其特征在于，所述(zr40ti40ni20)100-xbex母合金成分范围为24≤x≤28。

7.根据权利要求4所述的具有优异压缩塑性的zr基块体非晶合金的制备方法，其特征在于，所述((zr40ti40ni20)100-xbex)100-ynby合金锭成分范围为24≤x≤28，3≤y≤6。

技术总结
本发明公开了一种具有优异压缩塑性的Zr基块体非晶合金及其制备方法，Zr基块体非晶合金的分子式为((Zr<subgt;40</subgt;Ti<subgt;40</subgt;Ni<subgt;20</subgt;)<subgt;100‑x</subgt;Be<subgt;x</subgt;)<subgt;100‑y</subgt;Nb<subgt;y</subgt;，其中20≤x≤28，0≤y≤12；通过在块体非晶合金体系(Zr<subgt;40</subgt;Ti<subgt;40</subgt;Ni<subgt;20</subgt;)<subgt;100‑x</subgt;Be<subgt;x</subgt;(20≤x≤28)中掺杂Nb并采用电弧熔炼和铜模吸铸的方法直接获得该Zr基块体非晶合金；本发明制备的Zr基块体非晶合金中有三个组分的压缩塑性均超过25％，最优组分((Zr<subgt;40</subgt;Ti<subgt;40</subgt;Ni<subgt;20</subgt;)<subgt;72</subgt;Be<subgt;28</subgt;)<subgt;97</subgt;Nb<subgt;3</subgt;的压缩塑性高达29.7％，表现出屈服强度为1985MPa、最大抗压强度高达2818.7MPa的显著加工强化行为。

技术研发人员：王利民,李子敬,蔡正清,乔琪
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14