[发明专利]一种杂质不敏感的非晶合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以利用低纯度原料及低真空条件制备的高性能非晶合金材料。

背景技术

非晶合金是一系列具有长程无序、短程有序原子结构的金属的通称，又名金属玻璃。一般的氧化物玻璃往往以共价键方式结合，而非晶合金(金属玻璃)里的原子结合往往以无方向性的金属键为主。和晶态合金相似，非晶合金具有许多金属特性，如好的导热与导电性、不透明性等等，而与晶态合金相比，非晶合金呈现出熔融液体中原子排列的结构特征，没有原子排列的长程周期性，也不存在结构缺陷如位错、层错、孪晶、晶界等，同时表现出良好的结构均一性和化学均匀性，使其具有了不同于传统合金的的机械、物理和化学性能，在航空、航天、机械、化工、能源、军事等众多传统与高端领域作为结构或者功能材料方面有着重要的应用前景。

块体非晶是三维尺寸大于1毫米的非晶合金材料，由于非晶合金的特殊性能及该类合金大的临界形成尺寸，自诞生以来一直得到学术界及工业界的重视。目前已经在许多合金体系中得到了块体非晶合金，如Zr基、Mg基、稀土基、Pd基、Ti基等。不同体系的块体非晶合金形成能力有所不同，性能也各异，因而可以在很广泛的层面得到良好应用。

然而，许多研究表明，现有的非晶合金成分对微量杂质的存在十分敏感，因此对原料纯度和制备环境要求很高。当原材料纯度降低或者制备环境中氩气纯度较低时，材料的形成能力及力学性能都会严重劣化。而高纯度材料及制备环境带来的高昂的制备费用严重影响了非晶合金的进一步应用。

目前对非晶合金常用的除杂方法有如下几种：(1)通过熔体与可以吸收杂质的材料共同熔炼以净化熔体，比如Pd基及Fe基常用的fluxing方法；(2)成分设计时加入一些和杂质具有较强结合能力的元素进行除杂，比如Zr基合金中加入微量Y，可以有效地降低诸如氧元素带来的形成能力的降低。然而上述方法在原料具有复杂的杂质组成和较高杂质含量的情况下并没有很好的除杂效果。更重要的是，这两种方法都具有各自的缺陷。首先，第一种方法目前只适用于和除杂材料不反应的非晶成分，而目前看来，在Ti基、Zr基等材料中还没有发现类似的除杂剂。第二种方法虽然可以将基体中的杂质元素部分去除，但这种元素本身可能会造成材料性能的劣化，同时从基体中分离出的结合物如若控制不佳有可能会作为有害的第二相影响材料的性能。

因此，通过降低非晶合金自身对杂质的敏感程度，制备具有优异形成能力及材料性能的块体非晶合金对非晶合金的科学研究和工业应用具有特殊的理论和实际意义。然而，至今为止，并没有人提出有效的可以降低合金自身对杂质敏感度的相关方法。在此背景之下，发明了一种对杂质不敏感的非晶合金，可以使非晶在较低的原料及环境条件下具有良好的形成能力及性能。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种杂质不敏感的非晶合金，设计一种可以在低纯度原料和低真空度条件下制备的新型高性能非晶合金。

本发明技术解决方案：一种杂质不敏感非晶合金，由两种或以上相互有负混合焓和相互之间的原子半径差别大于12％的元素作为骨架元素，以及多种骨架元素对应的相似元素组成，所述相似元素的添加量由公式

Z=A(ΔR0.15R0)2+(ΔX0.4)2]]>

确定，其中Z为相似元素与骨架元素的相似系数，△R为基本成分中的元素与取代元素的半径差，R₀为基本成分元素的原子半径，△X为二元素间的电负性差，A为修正系数。

当骨架元素有多种可能性的情况下，选择非晶合金中含量最高的元素为骨架元素，若含量相等则任选一个。