[发明专利]一种锆基非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶合金及其制备方法，更具体地，本发明涉及一种锆基非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶合金是组成原子呈长程无序、短程有序的一类新型合金材料。由于其独特的微观结构，因而具有比常规晶态金属材料优异的力学、物理和化学等性能。

通常，传统的非晶合金的制备需要高达10⁴-10⁶K/s的冷却速率，为了获得如此高的冷却速率，需将融化的金属或合金喷射到导热性非常好的基底上，获得的非晶合金也只能是一些薄带或细丝，近年来人们通过对低临界冷却速率的非晶合金研究，发现了一些非晶形成临界速率低至100K/s以下的合金系，可通过简单的熔体水淬法或铜模铸造法制备出大块非晶合金。由于锆基大块非晶合金具备良好的非晶形成能力、力学性能以及热稳定性而备受人们关注，其中Zr-Al-Cu-Ni体系是迄今为止最好的大块非晶合金形成体系之一。

然而，Zr-Al-Cu-Ni四元系合金的制备需要满足高的真空度(低于10^-2Pa)，高的原料纯度(Zr的纯度大于99.99％重量百分比)以及低的原料氧含量(小于250ppm)等苛刻要求，使得该合金的制备成本大幅提高，因而制约了合金的大规模生产。

同时，Zr-Al-Cu-Ni四元系合金目前尚未有塑性报道，尽管该系合金有较高的抗弯强度和抗拉强度，但是由于其冲击韧性较低而具有较大的跌落失效风险，也不能在工业产品中大规模使用。尽管人们通过向Zr-Cu-Al-Ni体系中添加Ag、Zn、Ti或者Ta(文献1，Saida J，Matsushita M，Zhang T et al 1999Appl.Phys.Lett.75 3497)，(文献2，Li C，Inoue A 2001 J.Alloys Compd.325 230)，(文献3，Molokanov V V，Petrzhik M I，Mikhailova T N et al 1999 J.Noncryst.Solids 252 560)，(文献4，Xing L Q，Li Y，Ramesh K T et al 2001Phys.Rev.B 64 18021)等金属元素制备出了一系列新型的大块非晶合金，但是，这些添加元素通常会引起原体系的非晶形成能力、热稳定性、晶化行为以及性能的变化，造成该非晶合金的综合性能不理想。特别以US6682611B2为例，该方法公开了通过对Zr-Cu-Al-Ni四元合金掺杂元素Y，从一定程度上提升了原合金的性能，但不能从根本上解决该体系非晶合金的大规模工业生产问题。

发明内容

本发明的发明目的在于克服现有技术的锆基非晶合金的综合性能不高且合金稳定性差的缺陷而提供一种具有较佳综合性能和良好稳定性的锆基非晶合金及其制备方法。

本发明的发明人发现，通过在合金Zr-Cu-Al-Ni中同时掺杂Y以及Nb、Sc和Ta中一种或多种元素，并保证合金中Y以及Nb、Sc和Ta中一种或多种元素的含量比例，不仅大大降低了合金的制备要求，而且还提高了得到的锆基非晶合金的综合性能和稳定性，对于工业化生产该合金具有重要的现实意义。

本发明提供了一种锆基非晶合金，其中，该锆基非晶合金的组成如下述通式所示：

(Zr_aAl_bCu_cNi_d)_100-e-fY_eM_f

其中，a、b、c和d为原子分数，0.472≤a≤0.568，0.09≤b≤0.11，0.27≤c≤0.33，0.072≤d≤0.088，并且a、b、c、d之和为1；e表示Y的原子数，f表示M的原子数，0＜e≤5，0.01≤f≤5；M选自Nb、Ta和Sc中的至少一种。