[发明专利]一种高W含量Ni基非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高W含量Ni基非晶合金及其制备方法。属于非晶合金材料制备技术领域。

背景技术

与普通晶态金属材料相比，非晶合金具有强度高、韧性好、耐蚀性高、抗腐蚀性能强以及在一定温度下的超塑性等优点，成为极具应用潜力的新材料。但是，当温度超过晶化温度时，非晶态将转变成晶态相，非晶态的优异性能将会显著弱化，这样便限制了非晶合金在较高温度场合下的应用。一般情况下，具有高含量高熔点元素的非晶合金具有较高的晶化温度。钨的熔点高，所以高钨含量的非晶合金具有较高的晶化温度。新一代核反应的“First Wall”材料长期工作在高温环境中(Fusion engineering and design,2011,86:1719-1723)，大多数晶体材料由于具有晶界而耐腐蚀性能较低，以至于长期未找到合适的“First Wall”材料，而高钨含量的非晶合金由于其自身特点将成为理想的“First Wall”材料。同时，钨的硬度和弹性模量也较高，根据非晶合金的杨氏模量和维氏硬度的关系为Hv＝0.06E，高钨含量的非晶合金具有高弹性模量、高硬度的特点，这种特点可使其在高速载荷作用下具有非常高的动态断裂韧性，在侵彻过程中具有极高的自锐性，如将高钨含量的非晶合金复合成穿甲弹材料，将大大减少钨合金穿甲弹的“蘑菇头”现象，提高其侵彻性能。

目前，国内外对高钨含量的非晶材料的研究不多。Inoue等人(Scripta Metallurgica,1980,14(2):235-239)曾经报道过W₇₀Si₂₀B₁₀甩带非晶，具有超高的硬度。Ohtsuki等人(Applied Physics Letters，2004,14：4911-4913；Materials Transactions,2005,46(1):48-53)曾利用铜辊甩带制备出W₄₆Ru₃₇B₁₇非晶合金，其第一晶化温度高达1174K，显微硬度有16.8±1GPa，900K时的显微硬度依然高于10GPa；接着又制备出W₅₄Rh₂₆B₂₀、W₅₆Ir₂₃B₂₁、W₄₅Re₂₃Ru₁₅B₁₇、W₃₇Ru₃₁Rh₁₈B₁₄、W₃₈Ir₁₇Ru₃₁B₁₄、W₄₆Ru₃₇B₁₅Si₂等多种非晶合金薄带，都具有较高的晶化温度。随后Yoshimoto等(2007,(449-451):260-263)在Ohtsuki等人研究的基础上对以上甩带非晶合金进一步研究，发现其晶化温度在1049～1331K之间，显微硬度在13～18GPa范围。Suo等(Materials Science and Engineering A,2011,528:2912-2916)选择曾做出了2mm宽、45μm厚W₃₀Fe₃₈B_32-xC_x(x＝5，7，10，13，15at.％)等系列真空甩带，第一晶化温度高达984～1067K，室温下W₃₀Fe₃₈B_32-xC_x(x＝7，10，13，15at.％)甩带非晶的显微硬度在11.9到12.8GPa之间。可见高钨含量的非晶合金表现出极高的物理及力学性能，具有巨大的应用潜力。但是以上研究者设计非晶成分时大多选择Ru、Rh、Ir等贵金属，成本较高；而Suo等的研究虽然采用W、Fe、B和C四种元素，合金成本相对降低，但其成分配方中小原子半径的B和C总含量较高，造成在电弧熔炼制备母合金过程中挥发严重，造成熔炼困难，另外较高含量的Fe使得非晶薄带带有一定磁性，限制了其在特殊环境下的应用。