一種鋯基非晶合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋯基非晶合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 非晶合金出現于上個世紀六十年代。最初的非晶合金由于臨界尺寸（形成非晶的 最大尺寸)只能達到微米級，而難以得到實際應用。但非晶合金所具有的高強度、高硬度、耐 腐蝕和優異的高溫流動性等材料性能吸引了廣大科研工作者進行不斷的研究，并相繼開發 出了大臨界尺寸且適于工業化生產的非晶合金，其臨界尺寸逐漸從微米級發展到毫米級甚 者可達到厘米級。通常情況下把臨界冷卻速率小于500°C /s，臨界尺寸大于1_的非晶合 金稱為大塊非晶合金。大塊非晶合金的出現為工業化生產提供了可能。
[0003] 但是，目前非晶合金的非晶形成能力很容易受到非金屬元素或雜質元素的影 響，導致非晶合金臨界尺寸的大幅減小甚至無法形成非晶，尤其氧氮等非金屬氣體元素 會大幅惡化臨界尺寸（文獻 l，Weihua Wang，Progress in Materials Science，Vol52， Issue4, May2007, page :540-596)。因此，在制造非晶合金時，通常對原材料的純度有非 常苛刻的要求，并且對冶煉的環境也要求非常嚴格，甚至需要在高真空的制備條件下(文 獻 2, C. T. Liuetc, Metallurgical and Materials Transaction A, Vol29A,1998, page ： 1811-1820)。因此，大大增加了當前非晶合金實際生產的成本，且難于推廣進行工業化生 產。
[0004] US6682611B2公開了一種非晶合金，該非晶合金在Zr-Cu-Al-Ni四元合金中摻雜 元素Y。雖然該發明針對某些特定的鋯基非晶合金通過添加Y元素大大降低了對原材料純 度的要求，但是不適當的Y元素的添加很容易引起制備的非晶合金的機械性能的惡化，進 而影響非晶合金的工程應用。
[0005] 由此可見，為了實現非晶合金的工業化生產，需要改進的非晶合金，降低當前非晶 合金生產對原材料和制備條件的要求，并且能夠減少對非晶合金機械性能的影響。因此，需 要一種新的非晶合金，可以適于工業化生產。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是克服現有技術生產非晶合金時對原料純度要求高的問題，提供一 種鋯基非晶合金及其制備方法。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供一種鋯基非晶合金，其中，該鋯基非晶合金的組成 為：Zr aCubAl爲(EivxY丄；其中，M 選自 Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf 和 Ta 中的至少一種；a、b、c、 d和e為各元素在該鋯基非晶合金中對應的原子百分數，分別為：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,3彡d彡15,0. 2 < e彡2. 5 ;Er與Y間的原子摩爾比滿足0 < x < 0? 5。
[0008] 本發明還提供了一種制備鋯基非晶合金的方法，該方法包括在惰性氣體保護下或 真空條件下，將鋯基非晶合金的原料進行熔煉并冷卻成型，其中，所述鋯基非晶合金的原 料包括Zr、Cu、Al、Er、Y和M，由所述鋯基非晶合金的原料形成的鋯基非晶合金的組成為： 21^111^1爲伍1'1_!^丄，其中，]?選自附、卩6、(：0、]\111、〇、11、1^和丁&中的至少一種 ；&、13、。、(1 和e為各元素在該鋯基非晶合金中對應的原子百分數，分別為：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,3彡d彡15,0. 2 < e彡2. 5 ;Er與Y間的原子摩爾比滿足0 < x < 0? 5。
[0009] 本發明提供的鋯基非晶合金的組成中加入了 Er元素，并且Er和Y以特定比例組 合，不僅可以提高該非晶合金的非晶形成能力，獲得的臨界尺寸更大，而且對該非晶合金的 機械性能影響更小。另外本發明提供的鋯基非晶合金更有利于非晶合金的工業化生產制 造，例如可以允許更高的雜志氣體元素含量，大大降低對冶煉真空環境的要求；可以降低對 材料純度的要求，可以選用工業級的鋯材，可以大大降低合金的材料成本。
[0010] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0011] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0012] 本發明提供一種鋯基非晶合金，其中，該鋯基非晶合金的組成為： ZraCubAlcMd(Eiv xYx)e ;其中，M選自 Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf 和 Ta 中的至少一種；a、b、c、d 和e為各元素在該鋯基非晶合金中對應的原子百分數，分別為：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,3彡d彡15,0. 2 < e彡2. 5 ;Er與Y間的原子摩爾比滿足0 < x < 0? 5。 [0013] 在鋯基非晶合金中引入稀土元素雖然可以降低對原材料的純度的要求，提高鋯基 非晶合金的非晶形成能力，但是鋯基非晶合金的非晶形成能力對非晶合金中添加的稀土元 素的種類和數量非常敏感，而且添加的稀土元素的種類和數量會對非晶合金的機械性能產 生重要影響。
[0014] 如現有技術文獻中，加入稀土元素Y雖然可以顯著地提高非晶合金的非晶形成能 力，并且可以提高非晶合金的臨界尺寸，但是添加過量的稀土元素Y，會顯著降低得到的鋯 基非晶合金的機械性能，而不利于非晶合金的工程應用。
[0015] 本發明提供的鋯基非晶合金中，引入稀土元素Er，并且Er和Y以特定比例組合，也 可以有效地提高該鋯基非晶合金的非晶形成能力，而且對該鋯基非晶合金的機械性能的影 響可以遠小于單獨加入稀土元素Y。優選地，該鋯基非晶合金的組成為Ji^CUbAl^jErhYx) e ;其中，M選自Ni、Fe、Co、Ti和Hf中的至少一種；a、b、c、d和e為各元素在該鋯基非晶合 金中對應的原子百分數，分別為：40彡a彡70，15彡b彡35,5彡c彡15,3彡d彡15,0.3 < e彡2 ;Er與Y間的原子摩爾比滿足0 < x < 0. 5。此組成的鋯基非晶合金可以有更好 的非晶形成能力，可以使用工業級原材料，從而降低生產非晶合金的成本。并且使用具有上 述組成的鋯基非晶合金即使含氧量高，仍然具有好的彎曲強度，降低了對生產非晶合金的 制造要求，有更好的工業生產應用前景。
[0016] 根據本發明的優選實施方式，優選情況下，所述鋯基非晶合金的組成為：Zr5 i. 9Cu3〇A1 10Ni7 (Er〇. 91Y〇. 09) L: > Zr51Cu30Al 10Ni7Hf: (Er〇. 8Y〇. 2): > Zr50Cu30Al 10Ni6.5Hf Ji〇. 5 (Er〇.75Y0.25) 2、Zr51Cu27Al8Ni7Co 3Hf 0.8Fe2.5Ti0. (Er 0.52Y0.48) 0.21、Zr51.5Cu29Al10Ni 7 (Er0.8Y0.2)2.5 或 Zr65Cu21Al8Ni5 (Era 6Y〇. 4)工。
[0017] 本發明中，所述鋯基非晶合金組成中，當M為一種元素時，d表示該元素在所述鋯 基非晶合金中對應的原子百分數，如Zr51.9Cu3QAl 1QNi7 (Er^U hl，其中M選自Ni。當M選 自2種以上的元素時，d表示M選擇的每種元素在該鋯基非晶合金中對應的原子百分數之 和，如 Zr^A^AUiuHfJia.jErc^Ywl，其中 M選自 Ni、Hf 和 Ti，d 為 Ni、Hf 和 Ti 在鋯 基非晶合金中分別對應的原子百分數6. 5、1和0. 5的和，即d=6. 5+1+0. 5=8。
[0018] 本發明提供的鋯基非晶合金的組成中加入稀土元素Er，并且稀土元素Er和Y以特 定量組合，可以改善該鋯基非晶合金的非晶形成能力，可以允許含有雜質元素尤其是雜質 氣體元素的含量比單獨加入稀土元素Y時更高，大大降低了對冶煉真空環境的要求。優選 情況下，所述鋯基非晶合金中氧元素含量為lOOOppm以下。
[0019] 根據本發明，提供的鋯基非晶合金的組成中加入以特定量組合的稀土元素Er和 Y，該鋯基非晶合金中可以存在雜質元素。優選情況下，以所述鋯基非晶合金的總量為基準， 所述鋯基非晶合金中金屬雜質元素的原子百分數為2%以下。
[0020] 根據本發明，所述鋯基非晶合金的非晶形成能力改善，優選情況下，所述鋯基非晶 合金的臨界尺寸為3mm以上。
[0021] 本發明還提供了一種制備鋯基非晶合金的方法，該方法包括在惰性氣體保護下或 真空條件下，將鋯基非晶