CN104762497A - 一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金 - Google Patents

一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金 Download PDF

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Abstract

本发明属于新材料领域，公开了一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金。Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金是将Zr（99.99wt%）、Al（99.99wt%）、Ni（99.99wt%）和Cu（99.99wt%）通过真空熔炼法进行熔炼，然后通过真空吸铸法制备成直径为2mm的非晶合金试样。该系列Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金的成分分别为Zr51.5Al13.6Ni14.9Cu20、Zr52Al12.9Ni13.8Cu21.3、Zr52.5Al12.2Ni12.6Cu22.7、Zr53Al11.6Ni11.7Cu23.7、Zr53.5Al10.9Ni10.6Cu25、Zr54Al10.2Ni9.4Cu26.4、Zr54.5Al9.6Ni8.4Cu27.5和Zr55Al8.9Ni7.3Cu28.8，屈服强度为1737.5-2041.9MPa，抗压强度为1892.6-2184.6MPa，塑性应变为0.4-19.1%。

Description

一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金
技术领域
本发明涉及一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金。
背景技术
锆基块体非晶合金具有优异的物理化学性能，特别是某些锆基非晶合金表现出好的室温塑性和生物相容性，这些特点使得其在结构和生物材料领域中具有极大的应用前景。但是，大部分块体非晶合金的室温脆性使得它们的应用受到极大地限制，并且强度和塑性又是一对矛盾的统一体，因此制备出既有好的室温塑性又有高的强度的锆基块体非晶合金具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤:                                                将纯度为99.99wt%的块状Zr、Cu、Al和Ni按Zr-Al-Ni-Cu合金成分配比配料；将配好的料放入电弧炉的坩埚中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.4大气压，然后熔炼Ti进行吸气；熔炼合金6次，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚清洗干净并将母合金破碎；将破碎好的部分母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔直径为2mm的水冷铜模；抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.6大气压，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得直径为2mm的非晶合金。
所述的合金成分分别为Zr51.5Al13.6Ni14.9Cu20、Zr52Al12.9Ni13.8Cu21.3、Zr52.5Al12.2Ni12.6Cu22.7、Zr53Al11.6Ni11.7Cu23.7、Zr53.5Al10.9Ni10.6Cu25、Zr54Al10.2Ni9.4Cu26.4、Zr54.5Al9.6Ni8.4Cu27.5和Zr55Al8.9Ni7.3Cu28.8，屈服强度为1737.5-2041.9MPa，抗压强度为1892.6-2184.6MPa，塑性应变为0.4-19.1%。
本发明制成的产品分别用X射线衍射仪（XRD）检测材料的非晶态结构、用万能试验机测试力学性能，发现本发明制成的产品都是非晶态并具有室温压缩塑性和高的强度。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
根据Zr51.5Al13.6Ni14.9Cu20合金成分，用分析天平称取锆3.2578±0.0001g、铝0.2545±0.0001g、铜0.8813±0.0001g和镍0.6064±0.0001g，放入真空电弧炉的铜坩埚中，抽真空至1×10-4Pa，充入氩气使真空腔的压力达0.4个大气压，熔炼Ti进行吸气后，然后熔炼合金6次，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚清洗干净并将母合金破碎，将破碎好的部分母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好模腔直径为2mm的水冷铜模，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.6大气压，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼进行吸铸而获得直径为2mm的试样。然后用水冷慢速金刚石切割机从试样中间取下长度为4.5mm的试样，将其横截面磨平并抛光成直径为2mm和长度为4mm的试样。通过XRD技术检测发现该产品为完全的非晶态，通过万能试验机进行力学性能测试，其屈服强度为1838.0MPa、抗压强度为2184.6MPa、塑性应变为1.6%。
实施例2
    根据Zr52Al12.9Ni13.8Cu21.3合金成分，用分析天平称取锆3.2692±0.0001g、铝0.2399±0.0001g、铜0.9328±0.0001g和镍0.5582±0.0001g，放入真空电弧炉的铜坩埚中，抽真空至1×10-4Pa，充入氩气使真空腔的压力达0.4个大气压，熔炼Ti进行吸气后，然后熔炼合金6次，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚清洗干净并将母合金破碎，将破碎好的部分母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好模腔直径为2mm的水冷铜模，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.6大气压，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼进行吸铸而获得直径为2mm的试样。然后用水冷慢速金刚石切割机从试样中间取下长度为4.5mm的试样，将其横截面磨平并抛光成直径为为2mm和长度为4mm的试样。通过XRD技术检测发现该产品为完全的非晶态，通过万能试验机进行力学性能测试，其屈服强度为2041.9MPa、抗压强度为2114.5MPa、塑性应变为0.4%。
实施例3
    根据Zr55Al8.9Ni7.3Cu28.8合金成分，用分析天平称取锆3.3378±0.0001g、铝0.1597±0.0001g、铜1.2175±0.0001g和镍0.2850±0.0001g，放入真空电弧炉的铜坩埚中，抽真空至1×10-4Pa，充入氩气使真空腔的压力达0.4个大气压，熔炼Ti进行吸气后，然后熔炼合金6次，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚清洗干净并将母合金破碎，将破碎好的部分母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好模腔直径为2mm的水冷铜模，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.6大气压，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼进行吸铸而获得直径为2mm的试样。然后用水冷慢速金刚石切割机从试样中间取下长度为4.5mm的试样，将其横截面磨平并抛光成直径为为2mm和长度为4mm的试样。通过XRD技术检测发现该产品为完全的非晶态，通过万能试验机进行力学性能测试，其屈服强度为1737.5MPa、抗压强度为1892.6MPa、塑性应变为19.1%。

Claims (3)

1.一系列具有室温压缩塑性和高强度的Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤:
将纯度为99.99wt%的块状Zr、Cu、Al和Ni按Zr-Al-Ni-Cu合金成分配比配料；
将配好的料放入电弧炉的坩埚中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.4大气压，然后熔炼Ti进行吸气；
熔炼合金6次，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚清洗干净并将母合金破碎；
将破碎好的部分母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔直径为2mm的水冷铜模；
抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度>99.99wt%的氩气使真空腔的压力达到0.6大气压，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得直径为2mm的非晶合金。
2.根据权利要求1所述的合金成分分别为Zr51.5Al13.6Ni14.9Cu20、Zr52Al12.9Ni13.8Cu21.3、Zr52.5Al12.2Ni12.6Cu22.7、Zr53Al11.6Ni11.7Cu23.7、Zr53.5Al10.9Ni10.6Cu25、Zr54Al10.2Ni9.4Cu26.4、Zr54.5Al9.6Ni8.4Cu27.5和Zr55Al8.9Ni7.3Cu28.8。
3. 根据权利要求2所述的合金的屈服强度为1737.5-2041.9MPa，抗压强度为1892.6-2184.6MPa，塑性应变为0.4-19.1%。
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