IPC分类号 : C22C45/10,C22C1/03,B22D21/00,B22D27/04
专利摘要
本发明涉及块体锆基非晶合金的制备技术,主要为拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金及制备方法,同时对该合金的特征热力学参数和力学性能进行了表征与测试。该合金体系为Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金,其成分范围为(原子百分比):Zr:41-63,Cu:18-46,Al:4-15,Ni:1.5-12.5,Ag:1.5-26。本发明在Zr-Cu-Ni-Al四元合金的基础上,通过抑制晶态相的析出,使非晶合金的形成能力得到了显著提高。本发明采取了电弧熔炼的方法制备出母合金锭,然后采用铜模浇铸的方法,制备出不同直径的非晶棒,该体系合金可以很容易地制备出直径达2厘米的非晶圆棒。由于该合金拥有较强的非晶形成能力和不错的力学性能,因此具有很好的应用前景。
权利要求
1.一种拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金,其特征在于,按原子百分比计,合金的成分范围为:
Zr:41-63,Cu:18-46,Al:4-15,Ni:1.5-12.5,Ag:1.5-26。
2.按照权利要求1所述的拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金,其特征在于,按原子百分比计,优选的合金成分范围为:
Zr:42-58,Cu:18-42,Al:6-13,Ni:3.5-12,Ag:2.5-20。
3.按照权利要求1所述的拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金的制备方法,其特征在于:所采用的原料均为纯金属,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,合金锭翻炼至少四次;铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-1~10-3Pa,温度980~1400℃,冷却速度10~102K/s。
4.按照权利要求3所述的拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金的制备方法,其特征在于,所得Zr基非晶的特征热力学参数如下:
玻璃转变温度Tg:410-445℃,过冷液相区ΔT=60-120℃,初始熔化温度Tm730-820℃。
5.按照权利要求3所述的拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金的制备方法,其特征在于,所得Zr基非晶的力学性能指标如下:
压缩断裂强度为:1.8-2.3GPa,压缩塑性应变εp=1.5%-11%。
说明书
技术领域技术领域
本发明涉及Zr基非晶合金的制备技术,具体为一种拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-合金及制备方法。
技术背景背景技术
Zr基非晶合金具有很强的非晶形成能力和较宽的过冷液相区,能够利用不太复杂的设备较为容易的制备出质量很好的块体非晶,同时显示出优异的力学性能。经过十余年的发展,就目前而言,Zr基非晶是最为成熟的一个体系也是最有可能被工程应用的一个体系。截至目前虽然已经开发出很多Zr基合金,但仍以1994年Johnson小组开发的Zr-Ti-Cu-Ni-Be体系的合金最为成功,在该体系中某些成分点的临界冷速甚至可以达到1K/s,从而使得块体非晶合金的工程应用成为可能。但是由于该体系加入了有毒金属Be,从而使该合金得广泛应用受到了限制。为此Johnson小组的Xianghong Lin于1997年又开发出另外两种不含有Be的Zr基非晶体系:Zr-Ti-Cu-Ni-Al与Zr-Nb-Cu-Ni-Al,虽然以上两种合金体系不含Be,但其非晶形成能力降低了很多,仅可制备出12-14mm的非晶圆棒。尽管如此,以上两个体系连同Zr-Ti-Cu-Ni-Be体系均被Johnson小组申请了专利。
相较于晶态合金,非晶合金中没有诸如位错,晶界等晶体缺陷,从而拥有较好的耐腐蚀能力,目前美国的通用以及日本的本田等已将Zr基非晶用在了汽车上,由于不具有自主产权的Zr基非晶成分,国内在此类应用方面开展的工作较少。因此,开发具有自主产权的合金是十分必要的。
发明内容发明内容
本发明的目的在于提供一种拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金及制备方法,该合金是基于四元合金Zr-Cu-Ni-Al的基础上开发的,通过抑制ZrCu相的析出,成功地开发出Zr-Cu-Ni-Al-Ag体系合金,该体系合金可以很容易地制备出直径达2厘米的非晶圆棒。
本发明的技术方案是:
本发明可以制备出大块Zr基非晶合金的成分范围如下(均为原子百分比):
Zr:41-63,Cu:45-21,Al:4-15,Ni:1.5-12.5,Ag:1.5-26。
本发明拥有较高非晶形成能力Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金的制备方法,所采用的原料均为高纯度(>99.9%wt)的纯金属,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,为了保证合金锭的成分均匀,合金锭翻炼至少四次。
本发明采用铜模浇铸具体工艺参数如下:
真空度10-1~10-3Pa,温度980~1400℃,冷却速度10~102K/s。
本发明所得Zr基合金非晶形成能力的特征热力学参数如下:
玻璃转变温度Tg:410-445℃,过冷液相区ΔT=60-120℃,起始熔化温度Tm=730-820℃。
本发明所得Zr基非晶的力学性能指标如下:
压缩断裂强度为:σf=1.8-2.3GPa,压缩塑性应变εp=1.5%-11%。
本发明在四元合金Zr-Cu-Ni-Al的基础上,通过抑制ZrCu相的析出,成功地开发出临界冷速低于10K/s的Zr-Cu-Ni-Al-Ag的合金体系。考虑到在四元ZrCuNiAl体系中,ZrCu相的析出除了与Cu原子百分比较高之外(与Ni,Al的原子百分比相比较),Cu与Zr的相互作用亦强于其他原子与Zr的作用,因此如果能消弱Cu与Zr的相互作用,将有助于抑制ZrCu相的析出,从而达到提高非晶形成能力的目的;元素周期表的规律显示,Ag与Cu性质相似(处于同一族),因此Ag的加入将造成Ag与Cu原子争夺Zr原子的局面,从而达到了削弱Cu与Zr的相互作用,进而有助于抑制ZrCu相的析出。
本发明的优点:
(1)本发明通过抑制ZrCu相的析出,非常有效的提高了非晶形成能力,可以容易的制备出直径达2厘米的Zr基非晶圆棒。
(2)本发明拥有不错的非晶形成能力,虽然该体系在非晶形成能力方面仍无法与美国的Zr-Ti-Cu-Ni-Be体系相比,但由于不含有毒金属Be,因此该合金具有较为广阔的应用前景。
(3)本发明采取了电弧熔炼的方法制备出母合金锭,然后采用铜模浇铸的方法,制备出不同直径的非晶棒,由于该合金拥有较强的非晶形成能力和不错的力学性能,因此具有很好的应用前景。
附图说明附图说明:
图1为比较例1铜模冷却直径为8mm Zr-Cu-Ni-Al非晶合金圆棒的X-射线谱。
图2为实施例1铜模冷却直径为20mm Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的X-射线谱。
图3为实施例1铜模冷却Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的DSC曲线。
图4为实施例1铜模冷却Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的压缩应力应变曲线。
图5为实施例2铜模冷却直径为18mm Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的X-射线谱。
图6为实施例2铜模冷却Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的DSC曲线。
图7为实施例2铜模冷却Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的压缩应力应变曲线。
图8为实施例3铜模冷却直径为20mm Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的X-射线谱。
图9为实施例3铜模冷却Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的DSC曲线。
图10为实施例3铜模冷却Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的压缩应力应变曲线。
图11为实施例4铜模冷却直径为20mm Zr-Cu-Ni-Al-Ag非晶合金圆棒的X-射线谱。
具体实施方式具体实施方式
以下通过实施例详述本发明。
比较例1
Zr-Cu-Ni-Al合金的成分包括:51%Zr,36%Cu,5%Ni,8%Al(原子百分比)。
本发明采用的原料均为高纯度的纯金属(Zr,Cu,Ni,Al),按原子百分比配好原料后,在氩气保护下,经电弧熔炼制备出母合金锭,为了保证所炼合金锭均匀,合金锭翻炼至少四次。在高真空条件下,通过真空喷铸设备,将母合金锭重融后用氩气吹入不同尺寸的Cu模具中。X射线衍射显示利用该四元合金所喷铸的直径8mm的非晶圆棒中仍存有少量ZrCu相,如图1所示。
实施例1
本实施例所采用的原料均为高纯度(>99.9%)的纯金属,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,为了保证合金锭的成分均匀,合金锭翻炼至少四次。通过抑制ZrCu相,非常有效地提高了合金的非晶形成能力,合金的具体成分为(原子百分比):51%Zr,29.9%Cu,5%Ni,11%Al,3.1%Ag。
在高真空条件下,通过真空喷铸设备,将母合金锭重融后用氩气吹入不同尺寸的Cu模具中。本实施例采用铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-3Pa,温度1200℃,冷却速度102K/s。
如图2所示,即便是喷铸出直径高达20mm的合金圆棒,XRD结果显示该圆棒是完全的非晶态。
通过差热分析对该成分的特征热力学参数进行了表征,具体的DSC曲线如图3所示。本实施例所得Zr基合金非晶形成能力的特征热力学参数如下:
玻璃转变温度Tg:424.5℃,过冷液相区ΔT=80℃,起始熔化温度Tm=782℃。
对该成分非晶合金的力学性能测试显示(如图4所示),该合金拥有不错的力学性能:压缩断裂强度σf=2.04GPa,压缩塑性应变εp接近10%。
实施例2
本实施例所采用的原料均为高纯度(>99.9%)的纯金属,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,为了保证合金锭的成分均匀,合金锭翻炼至少四次。通过抑制ZrCu相,非常有效地提高了合金的非晶形成能力,合金的具体成分为(原子百分比):53%Zr,32%Cu,4%Ni,9%Al,2%Ag。
在高真空条件下,通过真空喷铸设备,将母合金锭重融后用氩气吹入不同尺寸的Cu模具中。本实施例采用铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-3Pa,温度1360℃,冷却速度102K/s。
喷铸出直径高达18mm的合金圆棒,XRD结果显示该圆棒是非晶态(如图5所示)。
通过差热分析对该成分的特征热力学参数进行了表征,本实施例所得Zr基合金非晶形成能力的特征热力学参数如下(如图6所示):
玻璃转变温度Tg:431.9℃,过冷液相区ΔT=80.3℃,起始熔化温度Tm=751.3℃。
对该成分非晶合金的力学性能测试显示,该合金拥有较高强度但塑性较差(如图7所示):压缩断裂强度σf=2.2GPa,压缩塑性应变εp=3.5%。
实施例3
本实施例所采用的原料均为高纯度(>99.9%)的纯金属,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,为了保证合金锭的成分均匀,合金锭翻炼至少四次。通过抑制ZrCu相,非常有效地提高了合金的非晶形成能力,合金的具体成分为(原子百分比):53%Zr,22.5%Cu,4.5%Ni,9%Al,11%Ag。
在高真空条件下,通过真空喷铸设备,将母合金锭重融后用氩气吹入不同尺寸的Cu模具中。本实施例采用铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-3Pa,温度1280℃,冷却速度102K/s。
喷铸出直径高达20mm的合金圆棒,XRD结果显示该圆棒是非晶态(如图8所示)。
通过差热分析对该成分的特征热力学参数进行了表征,本实施例所得Zr基合金非晶形成能力的特征热力学参数如下(如图9所示):
玻璃转变温度Tg:424.5℃,过冷液相区ΔT=80℃,起始熔化温度Tm7=82℃。
对该成分非晶合金的力学性能测试显示,该合金拥有不错的力学性能(如图10所示):压缩断裂强度σf=2.1GPa,压缩塑性应变εp=2%。
实施例4
本实施例所采用的原料均为高纯度(>99.9%)的纯金属,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,为了保证合金锭的成分均匀,合金锭翻炼至少四次。通过抑制ZrCu相,非常有效地提高了合金的非晶形成能力,合金的具体成分为(原子百分比):47%Zr,37%Cu,6%Ni,7%Al,3%Ag。
在高真空条件下,通过真空喷铸设备,将母合金锭重融后用氩气吹入不同尺寸的Cu模具中。本实施例采用铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-3Pa,温度1260℃,冷却速度102K/s。
喷铸出直径高达20mm的合金圆棒,XRD结果显示该圆棒是非晶态(如图11所示)。
拥有较高非晶形成能力的Zr-Cu-Ni-Al-Ag合金及制备方法专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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