CN1475595A - Zr基块体金属玻璃合金材料 - Google Patents

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肖学山
王国明
方守狮
夏雷
李维火
华勤
王庆
董远达
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Abstract

本发明涉及一种金属玻璃合金材料，特别是一种Zr基块体金属玻璃合金材料，属金属材料冶金技术领域。本发明的合金材料的组成及含量(原子百分比)为：Zr 51％－59％，Al 10％，Ni 10％，Cu 15％，Be 6％－14％。该Zr基块体金属玻璃合金材料具有超宽的过冷液相区温度、高强度、高的玻璃形成能力、高的热稳定性以及较低的熔点，是一种高性能的共晶金属玻璃合金材料。

Description

Zr基块体金属玻璃合金材料
技术领域
本发明涉及一种金属玻璃合金材料，特别是一种Zr基块体金属玻璃合金材料，属金属材料冶金技术领域。
背景技术
非晶合金的研究起始于1960年，最初非晶合金是采用熔体快速冷却方法制得的Au-Si非晶薄带合金。直到二十世纪八十年代，这种非晶薄带合金材料的厚度仅达到微米级。从八十年代开始，国内外采用粘接、挤压等方法将两层以上的非晶薄带复合在一起，但粘接非晶合金复合材料的整体性能受制于粘接介质，难以获得高性能的非晶合金复合构件，这极大地限制了对其进一步的研究和应用开发。近年，特别是二十世纪九十年代以来，人们在大块金属玻璃制备的研究方面取得了突破性进展，发现某些多元合金系在很低的冷却速率条件下可以获得大块的金属玻璃。例如：日本东北大学的研究人员公布了一种合金Zr65Al7.5Ni10Cu17.5，其过冷液相区宽度为127K，为目前公布最高的合金，同时他们又公布了一种合金Zr65Al10Ni10Cu15，该合金的过冷液相区宽度为105K，晶化温度为755K，拉伸断裂强度为1.3Gpa，约化玻璃温度(玻璃化转变温度与熔点的比值)为0.58，但是，这两种合金都为非共晶合金，它们在熔化时出现了两个熔化峰，而且其熔点高达843℃。因此，探索制备大块金属玻璃共晶合金材料及其复合材料一直是材料科学工作者孜孜追求的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有超宽过冷液相区、高强度和高热稳定性的共晶金属玻璃合金材料。
本发明的另一目的在于提供这种共晶金属玻璃合金材料的制备方法。
经过大量的试验及研究，并根据米德玛理论(Miedema’s theory)  的分析和计算，发现：在Zr-Al-Ni-Cu合金系中加入铍后，增加了合金系的非晶形成焓，同时由于小原子铍的加入增加了合金系的原子尺寸差，降低了合金的熔点，当铍加入适量时，合金系由非共晶合金变为共晶合金，而且共晶合金的非晶形成能力最强。
根据上述原理，本发明的一种Zr基块体金属玻璃合金材料，其特征在于，该合金材料的组成及含量(原子百分比)为：
Zr 51％-59％，Al 10％，Ni 10％，Cu 15％，Be 6％-14％。
该金属玻璃合金材料的制备方法如下：将纯金属锆、纯金属铝、纯金属镍、纯金属铜及纯金属铍根据所规定的原子百分比配比配好，放入电弧炉中熔炼，至所有金属全部熔化并混合均匀成母合金，最后用铜模吸铸或石英管水淬成非晶棒材或板材。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本发明的一种Zr基块体金属玻璃合金材料(Zr65-XAl10Ni10Cu15BeX，其中X在6％-14％之间)，其过冷相区宽度在125K以上，晶化温度为800K以上，当X为12.5％时，也即Zr52.5Al10Ni10Cu15Be12.5合金的过冷液相区宽度超过140K以上，其拉伸断裂强度达1.8Gpa以上，晶化温度达818K，约化玻璃温度达0.68，其熔点为747℃。因此，本发明的一种Zr基块体金属玻璃合金材料具有超宽的过冷液相区温度、高的强度、高的玻璃形成能力、高的热稳定性以及较低的熔点，并且具有良好的加工性能，是一种高性能的共晶金属玻璃合金材料。
具体实施方式：
实施例一：将纯金属锆、纯金属铝、纯金属镍、纯金属铜及纯金属铍，其原子百分比为52.5∶10∶15∶12.5，放入电弧炉中熔炼，至所有金属全部熔化并混合均匀成母合金，最后根据所需材料的形状用铜模吸铸或石英管水淬成非晶棒材或板材，所制得的合金为：Zr52.5Al10Ni10Cu15Be12.5共晶金属玻璃合金材料。

Claims (3)

1.一种Zr基块体金属玻璃合金材料，其特征在于，该合金材料的组成及含量(原子百分比)为：Zr 51％-59％，Al 10％，Ni 10％，Cu 15％，Be 6％-14％。
2.根据权利要求1所述的一种Zr基块体金属玻璃合金材料，其特征在于，该合金材料的最佳的组成及含量(原子百分比)为：
Zr 52.5％，Al 10％，Ni 10％，Cu 15％，Be 12.5％。
3.一种Zr基块体金属玻璃合金材料的制备方法，其特征在于，该制备方法如下：将纯金属锆、纯金属铝、纯金属镍、纯金属铜及纯金属铍根据规定的原子百分比配比配好，放入真空电弧炉中熔炼，至所有金属全部熔化并混合均匀成母合金，最后用铜模吸铸或石英管水淬成非晶棒材或板材。
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