CN114214576A - 微量Ti元素改性无Be块体非晶合金及制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于块体非晶合金技术领域，具体涉及一种微量Ti元素改性无Be块体非晶合金及制备方法、应用。所述块体非晶合金，其原子百分比表达式为：ZraAlbCocCudTie；其中a＝53；17≤b≤20；17≤c≤20；4≤d≤12；以及1≤e≤5。本发明的块体非晶合金，采用微量Ti元素改性无Be块体非晶合金中，其中Al元素和Ti元素的含量相对较高，由于轻量元素作用使合金整体密度减轻。此外，微量Ti元素的增加，有利于合金提升非晶成形能力。Co元素含量越高，该非晶合金的硬度越强。该系列合金不含金属元素Be，因而具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求。
Description
技术领域
本发明属于块体非晶合金技术领域，具体涉及一种微量Ti元素改性无Be块体非晶合金及制备方法、应用。
背景技术
消费电子的主要部件可分为两类，电类(主要包括处理器、存储器、显示器等电子元器件与模组)和非电类(主要包括金属、塑料等材质的产品，提供支撑、保护、屏蔽等作用)。
非电类消费电子结构件/外观件的制造流程较长，从材料为起点，过程依靠模具，最后需要表面处理；在整个过程中，精密模具(精度达到3um)设计制造能力决定了产品的制造技术水平；精密模具是精密加工的基础工艺装备：金属零件粗加工75％、精加工50％和塑料零件90％都是用模具加工完成的。在全部智能手机中，若采用金属机壳，则结构件成本占比约15％；若采用塑料机壳，则约10％。以智能手机为例(其他终端如平板电脑、笔记本、穿戴设备中也大量应用，但智能手机之市场规模最大)，塑胶件成本多为10-25美元，而换成金属件成本则上升至25-40美元。
发明内容
本发明提供了一种微量Ti元素改性无Be块体非晶合金及制备方法、应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种块体非晶合金，其原子百分比表达式为：ZraAlbCocCudTie；其中a＝53；17≤b≤20；17≤c≤20；4≤d≤12；以及1≤e≤5。
又一方面，本发明还提供了一种一种块体非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将如前所述的各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；对所述合金铸锭进行压铸后，制得块体非晶合金。
第三方面，本发明还提供了一种如前所述的块体非晶合金在消费电子器件材料中的应用。
本发明的有益效果是，本发明的块体非晶合金，采用微量Ti元素改性无Be块体非晶合金中，其中Al元素和Ti元素的含量相对较高，由于轻量元素作用使合金整体密度减轻。此外，微量Ti元素的增加，有利于合金提升非晶成形能力。Co元素含量越高，该非晶合金的硬度越强。该系列合金不含金属元素Be，因而具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的各实施例中制得合金的XRD曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能。
本发明提供了一种块体非晶合金，其原子百分比表达式为：ZraAlbCocCudTie；其中a＝53；17≤b≤20；17≤c≤20；4≤d≤12；以及1≤e≤5。
具体的，本发明的块体合金中，采用微量Ti元素改性无Be块体非晶合金中，其中Al元素和Ti元素的含量相对较高，由于轻量元素作用使合金整体密度减轻。此外，微量Ti元素的增加，有利于合金提升非晶成形能力。Co元素含量越高，该非晶合金的硬度越强。该系列合金不含金属元素Be，因而具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求。
其中，可选的，所述块体非晶合金的临界尺寸不小于3mm，且随Ti元素增加而增大。
可选的，所述块体非晶合金的维氏硬度不低于550，以及所述块体非晶合金的维氏硬度随Co元素含量提高而增强。
又一方面，本发明还提供了一种块体非晶合金的制备方法，包括以下步骤：将如前所述的各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；对所述合金铸锭进行压铸后，制得块体非晶合金。
具体的，将各原料表面氧化皮去除，并使用工业乙醇清洗原料，并按各自所需质量称取；将表面氧化皮去除处理后的各金属原料先按熔点高低顺序依次堆放在真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉或真空感应炉里，确认无误后进行熔炼。待母合金充分熔炼均匀后，获得合金铸锭；使用真空压铸设备，最后将合金铸锭压到不同尺寸的水冷铜模中，获得块体非晶合金。
其中，可选的，对所述合金铸锭进行压铸的压铸模具为水冷铜模。
进一步的，本发明还提供了一种如前所述的块体非晶合金在消费电子器件材料中的应用。
实施例1
所述块体非晶合金组成为：Zr53Al20Co19Cu4Ti4，其制备方法为：
按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Co、Ti、Zr放入真空电弧熔炼炉内，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为7mm的水冷铜模中，得到块体非晶合金棒。将该非晶棒材经加工成矩形试样块后，进行硬度测试，测试结果表明其硬度值为607。
实施例2
所述块体非晶合金组成为：Zr53Al19Co18Cu8Ti2，其制备方法为：
按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Co、Ti、Zr放入真空电弧熔炼炉内，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为5mm的水冷铜模中，得到块体非晶合金棒。将该非晶棒材经加工成矩形试样块后，进行硬度测试，测试结果表明其硬度值为571。
实施例3
所述块体非晶合金组成为：Zr53Al17Co17Cu12Ti1，其制备方法为：
按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Co、Ti、Zr放入真空电弧熔炼炉内，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为3mm的水冷铜模中，得到块体非晶合金棒。将该非晶棒材经加工成矩形试样块后，进行硬度测试，测试结果表明其硬度值为553。
对比例1
本对比例1所制备的块体非晶合金组成为：Zr53Al18Co17Cu12，其制备方法为：
按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Co、Zr放入真空电弧熔炼炉内，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为5mm的水冷铜模中，该成分未能形成非晶棒材。
对各实施例及对比例中制得的合金进行相关性能测试，并将结果汇总于表1。
表1各实施例及对比例中制得的合金的性能数据
| 形成能力(mm) | 维氏硬度 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) | |
| 实施例1 | 7 | 607 | 6.075 |
| 实施例2 | 5 | 571 | 6.190 |
| 实施例3 | 3 | 553 | 6.322 |
| 对比例1 | 无成形能力 | / | / |
由图1及表1中的数据可知，其中，图1中a、b、c曲线分别为实施例1至3中制得合金的XRD曲线，本申请的各实施例中制得了具有较高非晶形成能力，更优力学性能，以及更轻密度的块体非晶合金。其中微量Ti元素的增加，有利于合金提升非晶棒材尺寸提升至7mm。Co元素含量越高，该非晶合金的硬度由553提升至607。Al元素和Ti元素的含量相对较高，由于轻量元素作用使合金整体密度减轻，密度由6.322g/cm3减轻至6.075g/cm3。而对比例1中的合金，由于失去微量Ti元素的改性作用，使该成分的合金非晶成形能力不足，力学性能受限。
综上所述，本发明的块体非晶合金，采用微量Ti元素改性无Be块体非晶合金中，其中Al元素和Ti元素的含量相对较高，由于轻量元素作用使合金整体密度减轻。此外，微量Ti元素的增加，有利于合金提升非晶成形能力。Co元素含量越高，该非晶合金的硬度越强。该系列合金不含金属元素Be，因而具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种块体非晶合金，其特征在于，其原子百分比表达式为：
ZraAlbCocCudTie；其中
a＝53；
17≤b≤20；
17≤c≤20；
4≤d≤12；以及
1≤e≤5。
2.如权利要求1所述的块体非晶合金，其特征在于，
所述块体非晶合金的临界尺寸不小于3mm。
3.如权利要求1所述的块体非晶合金，其特征在于，
所述块体非晶合金的维氏硬度不低于550。
4.一种块体非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将如权利要求1中所述的各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；
对所述合金铸锭进行压铸后，制得块体非晶合金。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
对所述合金铸锭进行压铸的压铸模具为水冷铜模。
6.一种如权利要求1中所述的块体非晶合金在消费电子器件材料中的应用。
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