一种高形成能力的锆基非晶合金 本发明涉及一种高形成能力的锆基非晶合金的成分配比范围、制备工艺。
探讨大形成能力的块状非晶的成分是当今非晶材料研究的热点。根据合金相图、元素间的混合热和原子半径比把不同元素进行组合，考察其非晶形成能力，从而设计出具有较高形成能力的块状非晶合金。块状非晶合金由于其结构特点和优越的性能，如高的屈服强度、弹性极限及良好的耐蚀能力及较高的断裂韧性，因此其研究无论从理论上还是应用上都具有重大的意义(W.L.Johnson，Bulk Glass-Forming Metallic Alloys：Science andTechnology，MRS BULLETIN，OCTOBER 1999，P42～P56)。九十年代初期，美国、日本先后开发出Zr-Ti-TM和Zr-Al-TM(TM为过度金属)大块非晶合金，并在军事、民用等方面得到应用。多元块状非晶合金基本技术特征是具有较高的约化玻璃转变温度Trg或Txg(玻璃转变温度Tg或晶化温度Tx与液相线温度TL的比值)(A.Inoue，T.Zhang，W.Zhang and A.Takeuchi，Bulk Nd-Fe-Al Amorphous Alloys With Hard Magnetic Properties，MaterialsTransaction，JIM，37(1996)99-108)。Tg受合金的成分的影响较小，而TL受成分的影响较大，因此深共晶点附近的合金由于具有较高的Trg而容易形成非晶。最近地研究进一步证明了这一观点(G.J.FAN，W.LOSER，S.ROTHand J.ECHERT，Glass-Forming Ability of RE-Al-TM Alloys(Re＝Sm，Y；TM＝Fe，Co，Cu.Acta mater，48(2000)3823-3831)。
本发明提供了一种高形成能力的锆基非晶合金，其特征在于合金由下述元素和不可避免的杂质组成原子百分比：
Al 5～12％
Cu 15～37％
Ni 5～20％
Y 2～17％
Zr 48～65％。
本发明所述合金中还可以含有Ti 0.1～15％原子；杂质元素氧最好限定为O2＜500ppm。
本发明通过成分设计，使得锆基非晶的共晶点大大降低，采用普通铜模铸造方法能形成cm量级的块状非晶。
本发明母合金可以采用电弧熔炼也可以采用感应熔炼。制备时的重熔过程一般采用感应熔炼。制备方法可以采用甩带、普通的铜模铸造、吸铸(suction casting)、压铸(die casting)、射流成型(spray casting.)和水淬法(water quenching)制备。甩带适于非晶形成能力小的成分，其它方法适合于形成能力大的非晶成分。制备过程中设备的真空度不小于8×10-3Pa，氩气保护压力为300～500mbar。
本发明具有下述优点：
1、一定的成分配比可以形成块状非晶。
2、不含有毒元素铍。
3、形成能力不低于现有的锆基非晶合金。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
1采用纯度大于99.9％的金属原料，采用电弧熔炼母合金，然后采用感应加热铜模铸造方法浇注Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4非晶合金，T1为748K，Tx为650K，可制成φ6×70的块状非晶。
实施例2
采用纯度大于99.9％的原料，采用电弧熔炼母合金，然后利用感应加热浇注Zr54.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y6非晶合金，T1为730K，Tx为640K，可制成φ8×70的块状非晶。
实施例3
采用纯度大于99.9的原料，采用电弧熔炼母合金，然后利用感应加热浇注Zr42Cu27Ni10Ti5Y15非晶合金可制成φ3×50的块状非晶。
实施例4
采用纯度大于99.9的原料，采用电弧熔炼母合金，然后利用感应加热浇注Zr54Cu25Ni8Y13非晶合金可制成φ3×50的块状非晶。
比较例1
Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金液相线T1(top温度)为937K，Tx约740K(Y.J.Kim，R.Busch，and W.L.Johnson，Metallic Glass Formation inHighly Undercooled Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 During Containerless ElectrostaticLevitation Processing，Appl.Phys.Lett.65(1994)2136-2138)，而实施例2合金Zr54.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y6的T1为730K，Tx为640K。可见熔点降低200K，而晶化温度点Tx仅降低100K：
比较例2
Zr65A17.5Ni10Cu17.5块状非晶合金液相线(top温度)约为1150K，Tx约750K(A.Inoue，T.Zhang，N.Nishiyama，K.ohba and T.Masumoto，Preparation of16mm Diameter Rod of Amorphous Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 alloy，MaterialsTransaction，JIM，34(1993)，1234-1237.)。而实施例1非晶合金Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4的T1为748K，Tx为650K。可见熔点降低400K，而晶化温度点Tx仅降低100K。将二种合金进行相同条件下的铜模浇注实验，Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4很容易形成直径为3mm的完全非晶棒，而Zr65Al17.5Ni10Cu17.5则不能形成全部非晶。
比较例3
Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的液相线温度T1(top温度)经DTA实测为1115K。Tx约767K(A.Inoue and T.Zhang，Fabrication of Bulk GlassyZr55Al10Ni5Cu30 Alloy of 30mm in Diameter by a Suction Casting Method，Materials Transaction，JIM，37(1996)，185-187.)。而实施例1非晶合金Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4的T1为748K，Tx为650K。可见熔点降低367K，而晶化温度点Tx仅降低117K。将二种合金进行相同条件下的铜模浇注实验，Zr56.5Cu19Al8.5Ni8Ti4Y4可获得直径为6mm的完全非晶棒，而Zr55Al10Ni5Cu30则有部分晶态相存在。