一種雜質不敏感的非晶合金的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種可W利用低純度原料及低真空條件制備的高性能非晶合金材料。
【背景技術】
[0002] 非晶合金是一系列具有長程無序、短程有序原子結構的金屬的通稱，又名金屬玻 璃。一般的氧化物玻璃往往W共價鍵方式結合，而非晶合金（金屬玻璃）里的原子結合往 往W無方向性的金屬鍵為主。和晶態合金相似，非晶合金具有許多金屬特性，如好的導熱與 導電性、不透明性等等，而與晶態合金相比，非晶合金呈現出烙融液體中原子排列的結構特 征，沒有原子排列的長程周期性，也不存在結構缺陷如位錯、層錯、李晶、晶界等，同時表現 出良好的結構均一性和化學均勻性，使其具有了不同于傳統合金的的機械、物理和化學性 能，在航空、航天、機械、化工、能源、軍事等眾多傳統與高端領域作為結構或者功能材料方 面有著重要的應用前景。
[0003] 塊體非晶是=維尺寸大于1毫米的非晶合金材料，由于非晶合金的特殊性能及該 類合金大的臨界形成尺寸，自誕生W來一直得到學術界及工業界的重視。目前已經在許多 合金體系中得到了塊體非晶合金，如Zr基、Mg基、稀±基、Pd基、Ti基等。不同體系的塊體 非晶合金形成能力有所不同，性能也各異，因而可W在很廣泛的層面得到良好應用。
[0004] 然而，許多研究表明，現有的非晶合金成分對微量雜質的存在十分敏感，因此對原 料純度和制備環境要求很高。當原材料純度降低或者制備環境中氣氣純度較低時，材料的 形成能力及力學性能都會嚴重劣化。而高純度材料及制備環境帶來的高昂的制備費用嚴重 影響了非晶合金的進一步應用。
[0005] 目前對非晶合金常用的除雜方法有如下幾種：（1)通過烙體與可W吸收雜質的材 料共同烙煉W凈化烙體，比如Pd基及化基常用的fluxing方法；（2)成分設計時加入一些 和雜質具有較強結合能力的元素進行除雜，比如Zr基合金中加入微量Y，可W有效地降低 諸如氧元素帶來的形成能力的降低。然而上述方法在原料具有復雜的雜質組成和較高雜質 含量的情況下并沒有很好的除雜效果。更重要的是，運兩種方法都具有各自的缺陷。首先， 第一種方法目前只適用于和除雜材料不反應的非晶成分，而目前看來，在Ti基、Zr基等材 料中還沒有發現類似的除雜劑。第二種方法雖然可W將基體中的雜質元素部分去除，但運 種元素本身可能會造成材料性能的劣化，同時從基體中分離出的結合物如若控制不佳有可 能會作為有害的第二相影響材料的性能。
[0006] 因此，通過降低非晶合金自身對雜質的敏感程度，制備具有優異形成能力及材料 性能的塊體非晶合金對非晶合金的科學研究和工業應用具有特殊的理論和實際意義。然 而，至今為止，并沒有人提出有效的可W降低合金自身對雜質敏感度的相關方法。在此背景 之下，發明了一種對雜質不敏感的非晶合金，可W使非晶在較低的原料及環境條件下具有 良好的形成能力及性能。

【發明內容】

[0007] 本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種雜質不敏感的非晶合金， 設計一種可W在低純度原料和低真空度條件下制備的新型高性能非晶合金。
[0008] 本發明技術解決方案：一種雜質不敏感非晶合金，由兩種或W上相互有負混合洽 和相互之間的原子半徑差別大于12%的元素作為骨架元素，W及多種骨架元素對應的相似 元素組成，所述相似元素的添加量由公式
[0010] 確定，其中Z為相似元素與骨架元素的相似系數，AR為基本成分中的元素與取代 元素的半徑差，R。為基本成分元素的原子半徑，AX為二元素間的電負性差，A為修正系數。
[0011] 當骨架元素有多種可能性的情況下，選擇非晶合金中含量最高的元素為骨架元 素，若含量相等則任選一個。
[0012] 至少有一種骨架元素在非晶合金中擁有一種或W上相似元素，可W有一種或多種 骨架元素沒有與之對應的相似元素。
[0013] 所述非晶合金的組元數大于等于6。
[0014] 所述相似元素在非晶合金中的含量由Z值決定，當該相似元素與骨架元素的 Z《0. 1時，可WW任一量互相取代，當0.KZ《0. 5時，由相似元素取代骨架元素的比例 <50%，當0. 5<Z《1時，取代比例<30%，當KZ《2時，取代比例<15%。
[0015] A值范圍為 0.1-10.
[0016] 該類型非晶合金在較高雜質元素存在的條件下可W獲得與不含雜質的非晶合金 相同或相近的形成能力與性能。
[0017] 本發明提出的非晶合金的設計方法具有如下優點：
[0018] (1)本發明設計了一種可W同時含有多種主族金屬元素、過渡族金屬元素、類金屬 元素和稀±元素的低雜質敏感性的非晶合金，運為非晶合金的理論研究和實際應用提供了 一條新的途徑。
[0019] (2)通過該設計方法得到的成分可W在較低的材料純度和真空條件下通過快速凝 固技術制備出多種臨界直徑為厘米級的非晶合金棒。
[0020] (3)上述方法可W更加自由地調節合金成分W改變材料性能，如力學性能、熱穩定 性等，簡化了非晶合金材料的設計流程，有助于設計具有良好綜合性能的非晶合金。
【附圖說明】
[0021] 圖1為WZr(上圖）和化（下圖）為骨架元素的多種元素的Z值； W22] 圖2為不同雜質條件下（1.純Zr及純Ti;2.海綿Zr及海綿Ti;3.在2的條件下 添加0. 02%的Cr,Mn,C和SU的Zr5〇Ti4YiAli〇Cu25化成〇2尸61鑄態16mm棒材試樣的X射線衍 射狂RD)圖； 陽〇2引圖3為條件1和2下制備的ZrsoTiAYiAlioCuzsNiyCozFei試樣2mm非晶態棒材試樣的 壓縮應力應變曲線。
【具體實施方式】
[0024] 下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0025] 本發明是指將非晶合金體系通過多種原子半徑、及電負性相似的元素進行替換 的方法獲得成分復雜的合金體系，W得到具有高玻璃形成能力、雜質不敏感性及高的元素 可調整性的塊體非晶合金。首先需要確定合金的骨架元素（一般為二元或=元體系，組 成合金的不同元素具有較大的原子半徑差異（大于12%)和負混合洽）。之后用多個 元素對合金骨架元素進行部分取代。WS元成分MAgMBbMC。為例，其中M。、MBb、MC。為符 合上述定義的骨架元素，通過多元素取代后可W形成嫩1,。1魁2,。2嫩3,。3…MBi,biMB2,b2MB3,b3… MCi,eiMC2,e2MC3,e3…，其中MAl,a康不骨架兀素，MA2,a2,MA3,a3…表不該骨架兀素的相似兀素，其 余同理。不同元素的添加量由下述公式決定。
[0027] 其中Z為取代元素與被取代元素的相似系數，AR為基本成分中的元素與取代元 素的半徑差，Ro為基本成分元素的原子半徑，AX為二元素間的電負性差。A為修正系數， 規定（l)d類同族元素，A= 0. 1 (Cu和Ag除外），似Pd周圍的8個元素，A= 0. 1，（3)若 d類元素與SP類元素互相取代，SP類元素不具有常見的金屬結構，A= 10,（4)SP類元素相 互取代時若晶體結構不同，A= 10,（5) -般情況A= 1，（6)少數特殊情況，如化和Ag與Y 和Zr等，A根據情況取值（一般規定A=2)。我們定義當Z《2時可W認為取代元素為骨 架元素的相似元素。一般而言，較低的Z值說明兩種元素相似程度較高，可W取代的量也更 大。當替換元素與基本成分中的元素的Z《0. 1時，可WW任一量互相取代，當0.KZ《0. 5 時，取代比例<50%，當0. 5<Z《1時，取代比例<30%，當KZ《2時，取代比例<15%。可 W有一種或多種骨架元素未被取代，但至少有一種基本成分中的元素是由1種或W上替換 元素進行取代的。同時我們發現，當利用上述