[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材料，具体涉及一种锆基非晶合金材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金与传统金属材料相比具有高硬度、高强度、高耐蚀性和大的弹性极限等多种优异的性能。因其优良特性，非晶合金在高端电子产品、医疗器械产品和汽车工业中具有非常大的应用前景，已成为一种极具发展前景的新材料。迄今为止，通过各种合理的合金设计和常规的铸造方法已陆续开发出Zr基、Pd基、Fe基、Ti基、Mg基、Li基、Co基等十余种非晶合金。

Zr基非晶合金是非晶合金开发史中一个重要的组成部分，也是当前能够制备出大尺寸非晶合金的重要体系之一。Zr基非晶合金以其制备工艺简单、较高的非晶形成能力与热稳定性吸引着众多研究者的目光。目前，Zr基非晶合金不仅应用于体育休闲方面，如高尔夫球杆、棒球棒、网球拍的制造，还能够用于更为精密的金属件的制造，如高精密的齿轮、轴承等。然而也有许多因素制约着Zr基非晶合金的广泛应用，最主要的便是制造成本偏高、非晶形成能力的提高和非晶合金产品后处理工序困难。

专利申请号为201210400725.0的名为《一种锆基非晶合金》的发明专利提供了一种组成为（Zr，Hf，Nb）_aCu_bTi_cAl_dRe_e的锆基非晶合金，其中Re为镧系元素，该发明中的锆基非晶合金非晶体形成能力较好。

专利申请号为201310645557.6的名为《一种ZrCuAgAlBeNiCo系块体非晶合金及其制备方法》的发明专利提供了一种ZrCuAgAlBeNiCo系块体非晶合金及其制备方法，得到的块体非晶合金具有高玻璃形成能力和高热稳定性。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种非晶形成能力（GFA）好、非晶成型能力优良、成型后即为高光面无需额外加工的低成本锆基非晶合金。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

1、原料配方

锆基非晶合金的原料选用Zr、Hf、Al、Cu、Ni、Y、Ag组成，其原子摩尔百分含量为Zr：40-70%、Hf：1-10%、Al：15-40%、Cu：5-15%、Ni：5-15%、Y：0.2-5%、Ag：0.2-5%。

进一步优选，上述原料原子摩尔百分含量为Zr：50-65%、Hf：2-5%、Al：20-35%、Cu：5-10%、Ni：5-10%、Y：0.5-3%、Ag：0.5-3%。

进一步优选，上述原料原子摩尔百分含量为Zr：50-60%、Hf：3-4%、Al：20-30%、Cu：5-8%、Ni：5-8%、Y：1.5-3%、Ag：1.5-3%。

以Zr为基材的非晶三元合金（如Zr-Cu-Ti合金）、四元合金（如Zr-Cu-Al-Ni合金）在过冷液相区内具有良好的超塑性流变特性。本发明中，使用Zr、Hf、Al、Cu、Ni、Y、Ag七种元素成分作为合金成分，一方面多组元的存在使系统处在一种更加混乱的状态，即增加了系统熵值，导致体系的液固转变时自由能变化变小；另一方面，这七种原子的尺寸差异较大，合金液体具有更为致密的原子堆垛结构，从而大大降低了液态与晶态之间的焓变，固液界面能增大。综合系统熵值增加和焓变减少，系统的自由能变化减少，非晶的形成能力也就增大。本发明中，非晶形成能力可达到45mm。

Zr与Hf为同族元素，Zr与Y为同周期元素，在熔炼过程中，Hf原子和Y原子对Zr原子有一定的取代作用，使得合金中不同金属原子之间的作用力增强，宏观表现为冷却后合金结构较为致密成型性能好。

除主量元素外，还添加有同族元素Y和Ag，从实施例可看出，仅添加Y或Ag对铸造成型的非晶合金产品表面无显著改善，同时添加Y和Ag元素，当Ag元素在原料中原子摩尔百分比为0.2-5%时，通过在预制高光面的模具中成型，非晶合金产品表面为极优良的高光面，Y元素添加量不宜过高。进一步优选Ag元素在原料中原子摩尔百分比为0.5-3%，尤其是在Ag添加量为1.5-3%时，非晶合金产品表面高光效果最佳。

2、制备方法

一种锆基非晶合金的方法，其特征在于：

步骤一，按照配比称取金属原料，其中Zr、Hf的原料选择为锆石原矿选矿冶炼后不脱除Hf的产物，该产物中Zr与Hf的共同纯度可达99.9%以上；选择Al、Cu、Ni、Y、Ag金属原料的纯度为99.9%以上。