[发明专利]一种钴基块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钴基块体非晶合金技术领域，具体涉及一种在Co-Ta-B非晶合金中添加过渡族难熔金属元素M（Ru、W和Nb等）获得超高强度的Co-Ta-B-M钴基块体非晶合金。

背景技术

由于非晶合金具有长程无序、短程有序的原子结构，不存在晶界和位错等晶态合金常见的缺陷，因此非晶合金抵抗受力变形的能力更强，具有高的强度和硬度、冲击断裂韧性和耐磨性等优异力学性能。其中，具有超高断裂强度的块体非晶合金在切割刀具、微电子机械和精密模具材料等工业领域具有广泛的应用前景。

目前，块体非晶合金可以大致归类为Metal-Metalloid（Metal为金属元素，Metalloid为类金属元素）型和Metal-Matal型两种类型。由于非晶合金中金属元素与类金属元素之间形成的结合键具有共价性，因此，Metal-Metalloid型的块体非晶合金比Metal-Matal型的块体非晶合金具有更高的热稳定性和断裂强度，尤其是那些主要成分包含小原子半径的类金属元素与金属元素的块体非晶合金。例如：Fe-Nb-B、Fe-Co-Si-B-Nb、Fe-Co-Ni-Si-B-Nb、Fe-Co-Cr-Mo-C-B、Co-Fe-Ta-B及Co-Ta-B等Fe-B基和Co-B基块体非晶合金的断裂强度超过了4000MPa。其中，少数Co-Ta-B系的块体非晶合金的晶化温度达到900K，断裂强度超过了5000MPa。尽管如此，如何进一步拓展超高强度块体非晶合金的成分范围，开发新型的超高强度块体非晶合金，并提高合金的热稳定性和断裂强度仍是研究人员需关注的科研问题，也是实现块体非晶合金工程应用的重要技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种钴基块体非晶合金，其通过添加过渡族难熔金属元素M（Ru、W和Nb等）来降低Co-Ta-B的用量，从而获得具有高热稳定性和超高强度的Co-Ta-B-M钴基块体非晶合金。

本发明还提供了上述钴基块体非晶合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钴基块体非晶合金，其组成如下式所示：Co_aTa_bB_cM_d，其中，a、b、c和d为原子数且a+b+c+d=100，4≤b≤12，30≤c≤40，1＜d≤10，余量为a；所述M选自元素Ru、W和Nb中的至少一种。

具体的，所述非晶合金优选包括如下所示的组成：Co₄₅Ta₁₀B₃₅Ru₁₀、Co₅₇Ta₈B₃₀Ru₅、Co_54.5Ta₈B_32.5Ru₅、Co_52.5Ta₈B_37.5Ru₂、Co₅₄Ta₉B₃₅Nb₂、Co₅₆Ta₈B₃₅Nb₁、Co₅₈Ta₅B₃₅W₂或Co₅₃Ta₉B₃₅Nb₂W₁。

上述钴基块体非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

1）配料：按比例取各原料，其中，金属Co的纯度大于等于99.8%；金属Ta的纯度大于等于99.5%；类金属B的纯度大于等于99.5%；M的纯度大于等于99.5%；

2）熔炼母合金：将原料放入真空感应熔炼炉中熔炼制成母合金，熔炼条件：真空感应熔炼炉内的真空度为3.0×10^－2－3.0×10^－3 Pa、熔炼时间5－15 min（熔炼温度3000℃以上）；

3）将母合金放入快速凝固装置的感应炉中，调节感应电流至12－27A，待母合金完全熔化后将熔体喷射入铜模中，随铜模冷却即得块体非晶合金。采用快速凝固铜模铸造技术可以得到直径为1～2mm的非晶合金棒材；其具有900～1050 K之间K晶化开始温度、30～75 K的过冷液相区间及5300～6050MPa的断裂强度。