[发明专利]一种钛锆铝基金属玻璃的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛锆铝基金属玻璃的制备方法，该钛锆铝基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Ti_{1‑a‑b‑c}Al_aB_bZr_cNb_d，其中a＝0.16‑0.21，b＝0.02‑0.05，c＝0.13‑0.19，d＝0.02‑0.03。该方法制备的金属玻璃具有良好的机械性能，尤其具有突出的断裂强度与塑性变形能力。

技术领域

本发明涉及非晶态合金材料制造领域，具体涉及一种钛锆铝基金属玻璃的制备方法。

背景技术

非晶合金具有比相同或相似成分的晶态合金更加优异的力学性能、物理化学性能，超高的耐磨耐蚀性以及良好的加工性能等特点。这些优异的性能使得非晶合金在功能材料领域和结构材料领域均展现出巨大的应用价值，同时使得非晶合金作为一种新型材料逐渐成为人们关注的热点。

块体非晶合金呈近程有序远程无序的随机密堆结构，没有位错、晶界等缺陷，使其具有高强度、高硬度、高弹性性能等优异力学性能，同时还具有优异的耐磨性，耐腐蚀性能，磁学性能等功能性能，因此块体非晶合金近年一直是材料研究领域的热点。其中，Ti基非晶合金因其质量轻、强度高、耐蚀性能、一定的室温压缩塑性等优点，从而有着广泛的应用前景和使用价值。同时，简单的非晶合金组成和制备工艺也非常有利于实际的工业化应用。

相对于其他钛基、锆基和铁基等块体金属玻璃，钛锆铝基块体金属玻璃的组元少，制备工艺相对简单，成本较为低廉。钛锆铝金属玻璃不但具有高强度、大弹性变形、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等优良性能，其弹性变形能力达到2％，还具有较小的膨胀系数，适于近终成形，成形后表面光洁度高，因此是一种潜在的优良结构材料。但是钛锆铝基金属玻璃在宏观上表现出极大的脆性，在这一定程度上限制了其在结构材料方面的应用。

发明内容

本发明提供一种钛锆铝基金属玻璃的制备方法，该方法制备的金属玻璃金具有良好的机械性能，尤其具有突出的断裂强度与塑性变形能力。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钛锆铝基金属玻璃的制备方法，该钛锆铝基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Ti_1-a-b-cAl_aB_bZr_cNb_d，其中a＝0.16-0.21，b＝0.02-0.05，c＝0.13-0.19，d＝0.02-0.03；

该方法包括如下步骤：

(1)按照上述分子式称取各元素进行配料，选取纯度为99.99％的钛块、纯度为99.97％的锆块、纯度为99.99％的B块、纯度为99.99％的Al块和纯度为99.99％的Nb块进行合金配料配置，打磨去除金属原料的表面氧化皮，按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料；

(2)将步骤(1)配制的原料装入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空至5×10^-3Pa，然后充入高纯氩气，氩气纯度大于99.999％，使熔炼室气压达到0.05MPa，充分熔炼3-5遍，保证熔炼均匀；

(3)用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位，用电弧将合金锭熔化，并逐渐加大电流至500A，利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模，得到直径为3-5mm的钛锆铝基金属玻璃复合材料棒材；

(4)在装有搅拌器的三口烧瓶中按比例加入正硅酸乙酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙醇，其摩尔比为3:2:2；在搅拌下滴入醋酸，加入量为5g/100mL，室温反应3h后，加入甲基丙烯酸甲酯和引发剂偶氮二异丁腈，加入量分别为10g/100mL和5g/100mL，然后室温下搅拌20min得到溶胶待用；然后将市售的粒度为50-100nm的ZrC纳米微粉和溶胶混合得到涂料，ZrC纳米微粉和溶胶的重量比为6:(1-2)；