CN1131336C - 一种高形成能力的锆基非晶合金 - Google Patents
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Abstract
一种高形成能力的锆基非晶合金,其特征在于合金由下述元素和不可避免的杂质组成原子百分比:Cu 15~37%,Ni 5~20%,Y 2~17%,Zr 48~65%。本发明在铜模铸造条件下可以制备成块状非晶,与现有公认的锆基块状非晶合金成分相比,熔点降低200K以上,而晶化温度降低117K以下,说明该合金具有良好的非晶形成能力。
Description
本发明涉及一种高形成能力的锆基非晶合金的成分配比范围、制备工艺。
探讨大形成能力的块状非晶的成分是当今非晶材料研究的热点。根据合金相图、元素间的混合热和原子半径比把不同元素进行组合,考察其非晶形成能力,从而设计出具有较高形成能力的块状非晶合金。块状非晶合金由于其结构特点和优越的性能,如高的屈服强度、弹性极限及良好的耐蚀能力及较高的断裂韧性,因此其研究无论从理论上还是应用上都具有重大的意义(W.L.Johnson,Bulk Glass-Forming Metallic Alloys:Science andTechnology,MRS BULLETIN,OCTOBER 1999,P42~P56)。九十年代初期,美国、日本先后开发出Zr-Ti-TM和Zr-Al-TM(TM为过度金属)大块非晶合金,并在军事、民用等方面得到应用。多元块状非晶合金基本技术特征是具有较高的约化玻璃转变温度Trg或Txg(玻璃转变温度Tg或晶化温度Tx与液相线温度TL的比值)(A.Inoue,T.Zhang,W.Zhang and A.Takeuchi,Bulk Nd-Fe-Al Amorphous Alloys With Hard Magnetic Properties,MaterialsTransaction,JIM,37(1996)99-108)。Tg受合金的成分的影响较小,而TL受成分的影响较大,因此深共晶点附近的合金由于具有较高的Trg而容易形成非晶。最近的研究进一步证明了这一观点(G.J.FAN,W.LOSER,S.ROTHand J.ECHERT,Glass-Forming Ability of RE-Al-TM Alloys(Re=Sm,Y;TM=Fe,Co,Cu.Acta mater,48(2000)3823-3831)。
本发明提供了一种高形成能力的锆基非晶合金,其特征在于合金由下述元素和不可避免的杂质组成原子百分比:
Cu 15~37%
Ni 5~20%
Y 2~17%
Zr 48~65%。
本发明所述合金中还可以含有Ti 0.1~15%原子;杂质元素氧最好限定为O2<500ppm;所述合金中还可以含有合金中含有Al 5~12%原子。
本发明通过成分设计,使得锆基非晶的共晶点大大降低,采用普通铜模铸造方法能形成cm量级的块状非晶。
本发明母合金可以采用电弧熔炼也可以采用感应熔炼。制备时的重熔过程一般采用感应熔炼。制备方法可以采用甩带、普通的铜模铸造、吸铸(suction casting)、压铸(die casting)、射流成型(spray casting)和水淬法(water quenching)制备。甩带适于非晶形成能力小的成分,其它方法适合于形成能力大的非晶成分。制备过程中设备的真空度不小于8×10-3Pa,氩气保护压力为300~500mbar。
本发明具有下述优点:
1、一定的成分配比可以形成块状非晶。
2、不含有毒元素铍。
3、形成能力不低于现有的锆基非晶合金。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
1采用纯度大于99.9%的金属原料,采用电弧熔炼母合金,然后采用感应加热铜模铸造方法浇注Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4非晶合金,T1为748K,Tx为650K,可制成φ6×70的块状非晶。
实施例2
采用纯度大于99.9%的原料,采用电弧熔炼母合金,然后利用感应加热浇注Zr54.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y6非晶合金,T1为730K,Tx为640K,可制成φ8×70的块状非晶。
实施例3
采用纯度大于99.9的原料,采用电弧熔炼母合金,然后利用感应加热浇注Zr42Cu27Ni10Ti5Y15非晶合金可制成φ3×50的块状非晶。
实施例4
采用纯度大于99.9的原料,采用电弧熔炼母合金,然后利用感应加热浇注Zr54Cu25Ni8Y13非晶合金可制成φ3×50的块状非晶。
比较例1
Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金液相线T1·(top温度)为937K,Tx约740K(Y.J.Kim,R.Busch,and W.L.Johnson,Metallic Glass Formation inHighly Undercooled Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 During Containerless ElectrostaticLevitation Processing,Appl.Phys.Lett.65(1994)2136-2138),而实施例2合金Zr54.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y6的T1为730K,Tx为640K。可见熔点降低200K,而晶化温度点Tx仅降低100K。
比较例2
Zr65A17.5Ni10Cu17.5块状非晶合金液相线(top温度)约为1150K,Tx约750K(A.Inoue,T.Zhang,N.Nishiyama,K.ohba and T.Masumoto,Preparation of16mm Diameter Rod of Amorphous Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 alloy,MaterialsTransaction,JIM,34(1993),1234-1237.)。而实施例1非晶合金Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4的T1为748K,Tx为650K。可见熔点降低400K,而晶化温度点Tx仅降低100K。将二种合金进行相同条件下的铜模浇注实验,Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4很容易形成直径为3mm的完全非晶棒,而Zr65Al17.5Ni10Cu17.5则不能形成全部非晶。
比较例3
Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的液相线温度T1(top温度)经DTA实测为1115K。Tx约767K(A.Inoue and T.Zhang,Fabrication of Bulk GlassyZr55Al10Ni5Cu30 Alloy of 30mm in Diameter by a Suction Casting Method,Materials Transaction,JIM,37(1996),185-187.)。而实施例1非晶合金Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4的T1为748K,Tx为650K。可见熔点降低367K,而晶化温度点Tx仅降低117K。将二种合金进行相同条件下的铜模浇注实验,Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4可获得直径为6mm的完全非晶棒,而Zr55Al10Ni5Cu30则有部分晶态相存在。
Claims (4)
1、一种高形成能力的锆基非晶合金,其特征在于合金由下述元素和不可避免的杂质组成原子百分比:
Cu 15~37%
Ni 5~20%
Y 2~17%
Zr 48~65%。
2、按权利要求1所述高形成能力的锆基非晶合金,其特征在于:合金中含有Ti 0.1~15%原子。
3、按权利要求1或2所述高形成能力的锆基非晶合金,其特征在于:杂质元素O2<500ppm。
4、按权利要求1所述高形成能力的锆基非晶合金,其特征在于:合金中含有Al 5~12%原子。
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