一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金.pdf

摘要
申请专利号：	CN200410044006.5	申请日：	2004.11.04
公开号：	CN1603445A	公开日：	2005.04.06
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):C22C 30/00申请日:20041104授权公告日:20060322终止日期:20121104\|\|\|专利权的转移IPC(主分类):C22C 30/00变更事项:专利权人变更前权利人:辽宁卓峰高新金属产业有限公司变更后权利人:辽宁峰阁钛业有限公司变更事项:地址变更前权利人:110014 辽宁省沈阳市沈河区沈洲路99号太和大厦A座603室变更后权利人:110014 辽宁省沈阳市沈河区沈洲路99号太和大厦A座603室登记生效日:20100422\|\|\|专利实施许可合同备案的生效IPC(主分类):C22C 30/00合同备案号:2010210000043让与人:辽宁卓峰高新金属产业有限公司受让人:辽宁峰阁钛业有限公司发明名称:一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金申请日:20041104申请公布日:20050406授权公告日:20060322许可种类:独占许可备案日期:20100329\|\|\|专利申请权、专利权的转移(专利权的转移)变更项目:专利权人变更前权利人:哈尔滨工业大学地址: 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号邮编: 150001变更后权利人:辽宁卓峰高新金属产业有限公司地址: 辽宁省沈阳市沈河区沈洲路99号太和大厦A座603室邮编: 110014登记生效日:2009.2.20\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C30/00	主分类号：	C22C30/00
申请人：	哈尔滨工业大学;
发明人：	沈军; 陈庆军; 孙剑飞; 范洪波
地址：	150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
优先权：
专利代理机构：	哈尔滨市松花江专利商标事务所	代理人：	单军
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内容摘要

一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金，它涉及一种非晶合金材料，具体涉及一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金。本发明的块体非晶合金由Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y组成，其中各元素的原子百分比为：Fe 36～45％、Co 5～10％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 1～5％。本发明具有高的玻璃形成能力，采用普通铜模铸造法就可以制备出临界尺寸不小于Φ14mm的铁基块体非晶合金，具有低的临界冷却速率6.5K/s，高抗压断裂强度σf≈3500MPa，高维氏硬度Hv≈1230，所需的原材料大多数为工业纯度，从而降低了成本，同时制备工艺简单，可以制备出临界尺寸最大的Fe基块体非晶合金，产业化的应用潜力很大。

权利要求书

1、  一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金，其特征在于它由Fe、Cr、Mo、C、B、Y和Co元素组成，各元素的原子百分比为：Fe 36～45％、Co 5～10％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 1～5％。

2、  根据权利要求1所述的一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金，其特征在于各元素的原子百分比为：Fe 41％、Co 7％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 2％。

3、  根据权利要求1所述的一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金，其特征在于各元素的原子百分比为：Fe 38％、Co 10％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 2％。

4、  根据权利要求1所述的一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金，其特征在于各元素的原子百分比为：Fe 45％、Co 3％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 2％。

说明书

一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金
技术领域：
本发明涉及一种非晶合金材料，具体涉及一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金。
背景技术：
非晶合金材料是一类新型材料，与普通晶态金属材料相比，非晶合金材料在力学、物理学、化学性质和机械性能方面都发生了显著的变化。非晶合金具有独特的力学和机械性能，它的强度高、韧性和耐磨性明显优于一般金属材料。大块非晶合金的成分选择、制备、结构及性能研究是目前非晶态材料领域最热门的研究课题，在国际上引起了广泛的重视，大块非晶材料被认为是21世纪具有广泛应用前景的新型材料之一。西方各国和我国近年来都投入大量资金用于新型非晶材料的开发和应用研究。传统非晶合金的获得需要高达10⁶℃/s的临界冷却速率，使合金局限于薄带、丝等形状，从而限制了合金的应用范围。由于人们对非晶合金的形成机理还不是很清楚，所以如何寻找具有高玻璃形成能力的合金并制备出大尺寸的块体非晶合金一直是非晶物理和材料领域内科学家们追求地目标。二十世纪八十年代以来，在大尺寸非晶合金制备方面取得了阶段性发展。采用铜模铸造技术就能在Pd、Zr、Mg、Cu、和Y基等合金系中制备出厘米级块体非晶合金。Fe基非晶合金具有优异的力学性能、磁学性能和高热稳定性而成为近年来非晶材料界的研究热点。现有Fe基非晶合金的最大直径不超过12mm，例如Z.P.Lu和V.Ponnambalam等人采用铜模铸造技术分别制备出最大直径为12mm的铁基块体非晶合金。
发明内容：
本发明为了提高块体非晶合金的玻璃形成能力从而获得大尺寸的块体非晶合金，研制了一种具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金。本发明的铁基块体非晶合金由Fe、Cr、Mo、C、B、Y和Co元素组成，各元素的原子百分比为：Fe 36～45％、Co 5～10％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 1～5％。本发明依据固溶理论，在Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(at％)合金系的基础上，通过不同含量的Co元素替换基体元素Fe来寻找高玻璃形成能力合金。实验结果表明Co元素替换Fe元素可以显著地提高基体合金的玻璃形成能力，进而得到了具有高玻璃形成能力的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(at％)非晶合金，在电弧熔化普通铜模铸造条件下可以获得临界尺寸不小于Φ14mm块体非晶合金(图1)。迄今为止其实际玻璃形成能力在Fe基非晶合金中处于世界领先地位，成为当今世界上所能制备出最大临界尺寸的Fe基块体非晶合金(图2)。
本发明与已有Fe基非晶合金相比具有如下特点：
(1)本合金具有高的玻璃形成能力，采用普通铜模铸造法就可以制备出临界尺寸不小于Φ14mm的铁基块体非晶合金，也是迄今为止世界上临界尺寸最大的Fe基块体非晶合金，拓宽了Fe基块体非晶合金的尺寸限制(表1列举了世界上所能制备出最大临界尺寸的Fe基块体非晶合金)；
(2)本合金具有高抗压断裂强度σ_f≈3500MPa，高维氏硬度Hv≈1230，这些力学性能远远高于常规晶态材料和其它厘米级块体非晶材料；
(3)本合金具有低的临界冷却速率6.5K/s，意味着在常规冷却条件下就能制备大尺寸的Fe基块体非晶合金，迄今为止，其它铁基块体非晶合金的临界冷却速率都高于此值；
(4)本合金所需的原材料大多数为工业纯度，从而降低了成本，同时制备工艺简单，可以制备出临界尺寸最大的Fe基块体非晶合金，产业化的应用潜力很大。
表1

合金本合金(IV) 美国(III)^[1][2] 美国(II)^[2] 日本(I)^[3] 临界尺寸 ≥14mm 12mm 9mm 6mm

注：[1]Phys.Rev.Lett.92，245503-1，2004)；[2]J.Mater.Res.Vol.19，No.5，May 2004；[3]Appl.Phys.Lett.71(4)，28 July 1997。
附图说明：
图1为Φ14mm Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(at％)非晶合金的外观图，图2为目前临界尺寸最大的铁基块体非晶合金的直径对比图，图3为Φ14mmFe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂块体非晶合金X射线衍射图，图4为Φ14mmFe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂块体非晶合金DTA曲线图。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式的铁基块体非晶合金由Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y组成，其中各元素的原子百分比为：Fe 36～45％、Co 5～10％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 1～5％。
具体实施方式二：本实施方式铁基块体非晶合金Fe₃₈Co₁₀Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂由Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y组成，其中各元素的原子百分比为：Fe 38％、Co 10％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y2％。本实施方式的Fe₃₈Co₁₀Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶合金具有高玻璃形成能力，在电弧熔化普通铜模铸造条件下可以获得临界尺寸不小于Φ8mm块体非晶合金。
具体实施方式三：本实施方式铁基块体非晶合金Fe₄₅Co₃Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂由Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y组成，其中各元素的原子百分比为：Fe 45％、Co 3％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 2％。本实施方式的Fe₄₅Co₃Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶合金具有高玻璃形成能力，在电弧熔化普通铜模铸造条件下可以获得临界尺寸不小于Φ9mm块体非晶合金。
具体实施方式四：本实施方式铁基块体非晶合金Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂由Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y组成，其中各元素的原子百分比为：Fe 41％、Co 7％、Cr 15％、Mo 14％、C 15％、B 6％、Y 2％。本实施方式的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶合金具有高玻璃形成能力，在电弧熔化普通铜模铸造条件下可以获得临界尺寸不小于Φ14mm块体非晶合金，其σ_f＝3500MPa。
下面对Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂的结构和热力学性能进行分析：
(一)X射线衍射分析：
真空电弧熔化铜模铸造法制备直径14mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(at％)块体非晶合金的XRD(X-ray diffraction，X射线衍射)结果表明其结构是完全非晶态结构(图3)。
(二)差热分析：
对直径14mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂块体非晶合金进行DTA(differential thermal analyzer，差热分析)分析，加热速率20℃/min，其热分析曲线如图4所示，其关键热分析参数：玻璃转变温度T_g、晶化温度T_x、熔化温度T_m和液相线温度T1见表2。
表2
T_g T_x T_m T_l
560℃ 602℃ 1115℃ 1167℃