[发明专利]一种锆基非晶合金及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种锆基非晶合金及其制备方法与应用，属于非晶合金技术领域。包括以下元素：锆、铝、镍、铜和钴，所述锆、铝、铜、镍和钴的原子个数比为55.7：11.3：28：X：Y，其中，X+Y＝5，X不为0。本发明在Zr_55.7Al_11.3Ni₅Cu₂₈合金中用钴替换镍，增加了体系的位形熵，改善了锆基非晶合金的非晶成型能力和提高了稳定性。同时，钴具有良好的耐腐蚀能力，且与人体的生物相容性好，如果用于生物植入材料，减少对人体的毒副作用。此外，用钴替换镍元素，改变了Zr_55.7Al_11.3Ni_yCu₂₈Co_x合金体系中各金属原子间结合的键能，阻碍了原子的长程扩散，提高了锆基非晶合金的力学性能。

技术领域

本发明涉及非晶合金技术领域，尤其涉及一种锆基非晶合金及其制备方法与应用。

背景技术

非晶合金(amorphousalloy)，又称金属玻璃(metallicglass)，是利用各种现代快速凝固冶金技术获得的、具有长程无序而短程有序的新型合金材料。大块非晶合金，一般是指临界直径超过1mm的非晶合金。非晶合金具有很多优异的物理和化学性质，如高强度、高硬度、高弹性极限、高耐磨性、高耐腐蚀性和超塑性等，具有很广阔的应用前景。

但现有的非晶合金存在以下技术问题：(1)由于非晶合金的结构呈现长程无序而短程有序的特征，在变形时不像晶态合金那样存在位错滑移、孪生和加工硬化等塑性变形机制，特别是在室温条件下受应力作用时呈现脆性断裂，导致有限的室温塑性变性能力；(2)在现有的锆基非晶合金体系中，都含有金属镍元素，如果经这种含镍的锆基非晶合金用于生物医用材料时，由于镍元素会释放对人体有害的镍离子，需要剔除或减少镍元素，以消除或减小镍元素对人体的伤害。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锆基非晶合金及其制备方法与应用。本发明提供的锆基非晶合金用钴部分代替镍元素，减少了镍元素对人体的伤害，能更好的用于生物医用材料；同时，该锆基非晶合金具有优异的室温塑性变形能力。

本发明提供了一种锆基非晶合金，化学式为Zr_55.7Al_11.3Ni_yCu₂₈Co_x，其中，X+Y＝5，X不为0。

优选地，所述X＝1，Y＝4。

优选地，所述X＝2，Y＝3。

优选地，所述X＝3，Y＝2。

优选地，所述X＝4，Y＝1。

优选地，所述X＝5，Y＝0。

本发明还提供了上述技术方案所述锆基非晶合金的制备方法，包括以下步骤：

按照上述技术方案所述的锆基非晶合金的元素组成配制原料，将所述原料熔炼，获得母合金锭；

利用水冷铜模对所述母合金锭进行吸铸，得到所述锆基非晶合金。

优选地，所述熔炼在氩气气氛下进行，所述氩气气氛的压力为0.4～0.5MPa；所述熔炼在非自耗电弧熔炼炉中进行，所述非自耗电弧熔炼炉的工作电流为300～500A，熔炼次数至少为4次，每次的熔炼时间至少为60s。

优选地，所述吸铸的冷却速度至少为200℃/s，所述水冷铜模的形状为圆柱形，所述圆柱形的直径为4mm、5mm、6mm、7mm或8mm。

本发明还提供了上述技术方案所述的锆基非晶合金或上述技术方案所述制备方法制得的锆基非晶合金作为生物医用材料的应用。