一種鋯基非晶合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種非晶合金材料，具體設(shè)及一種錯基非晶合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶合金與傳統(tǒng)金屬材料相比具有高硬度、高強度、高耐蝕性和大的彈性極限等 多種優(yōu)異的性能。因其優(yōu)良特性，非晶合金在高端電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械產(chǎn)品和汽車工業(yè)中具 有非常大的應(yīng)用前景，已成為一種極具發(fā)展前景的新材料。迄今為止，通過各種合理的合金 設(shè)計和常規(guī)的鑄造方法已陸續(xù)開發(fā)出Zr基、Pd基、化基、Ti基、Mg基、Li基、Co基等十余 種非晶合金。
[0003]Zr基非晶合金是非晶合金開發(fā)史中一個重要的組成部分，也是當前能夠制備出大 尺寸非晶合金的重要體系之一。Zr基非晶合金W其制備工藝簡單、較高的非晶形成能力與 熱穩(wěn)定性吸引著眾多研究者的目光。目前，Zr基非晶合金不僅應(yīng)用于體育休閑方面，如高爾 夫球桿、棒球棒、網(wǎng)球拍的制造，還能夠用于更為精密的金屬件的制造，如高精密的齒輪、軸 承等。然而也有許多因素制約著Zr基非晶合金的廣泛應(yīng)用，最主要的便是制造成本偏高、 非晶形成能力的提高和非晶合金產(chǎn)品后處理工序困難。
[0004] 專利申請?zhí)枮?01210400725. 0的名為《一種錯基非晶合金》的發(fā)明專利提供了一 種組成為（Zr,Hf，Nb)?；痓TicAldRe。的錯基非晶合金，其中Re為銅系元素，該發(fā)明中的錯基 非晶合金非晶體形成能力較好。
[0005] 專利申請?zhí)枮?01310645557. 6的名為《一種ZrCuAgAlBeNiCo系塊體非晶合金及 其制備方法》的發(fā)明專利提供了一種ZrCuAgAlBeNiCo系塊體非晶合金及其制備方法，得到 的塊體非晶合金具有高玻璃形成能力和高熱穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種非晶形成能力（GFA)好、非晶成 型能力優(yōu)良、成型后即為高光面無需額外加工的低成本錯基非晶合金。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過W下技術(shù)方案予W實現(xiàn)： 1、原料配方 錯基非晶合金的原料選用Zr、Hf、A1、化、Ni、Y、Ag組成，其原子摩爾百分含量為Zr: 4〇-70〇/〇、Hf:1-10〇/〇、Al:15-40〇/〇、Cu:5-15〇/〇、Ni:5-15〇/〇、Y:0. 2-5〇/〇、Ag:0. 2-5〇/〇。
[0008] 進一步優(yōu)選，上述原料原子摩爾百分含量為Zr:50-65%、Hf:2-5%、Al:20-35%、Cu: 5-10%、Ni:5-10%、Y:0. 5-3%、Ag:0. 5-3〇/〇。
[0009] 進一步優(yōu)選，上述原料原子摩爾百分含量為Zr:50-60%、Hf: 3-4%、Al:20-30%、Cu: 5-8%、Ni:5-8%、Y:1. 5-3%、Ag:1. 5-3〇/〇。
[0010]WZr為基材的非晶S元合金巧日Zr-化-Ti合金)、四元合金巧日Zr-化-Al-Ni合金） 在過冷液相區(qū)內(nèi)具有良好的超塑性流變特性。本發(fā)明中，使用Zr、Hf、A1、化、Ni、Y、Ag屯 種元素成分作為合金成分，一方面多組元的存在使系統(tǒng)處在一種更加混亂的狀態(tài)，即增加 了系統(tǒng)賭值，導致體系的液固轉(zhuǎn)變時自由能變化變?。涣硪环矫?，運屯種原子的尺寸差異較 大，合金液體具有更為致密的原子堆煤結(jié)構(gòu)，從而大大降低了液態(tài)與晶態(tài)之間的洽變，固液 界面能增大。綜合系統(tǒng)賭值增加和洽變減少，系統(tǒng)的自由能變化減少，非晶的形成能力也就 增大。本發(fā)明中，非晶形成能力可達到45mm。
[0011]Zr與Hf為同族元素，Zr與Y為同周期元素，在烙煉過程中，Hf原子和Y原子對Zr 原子有一定的取代作用，使得合金中不同金屬原子之間的作用力增強，宏觀表現(xiàn)為冷卻后 合金結(jié)構(gòu)較為致密成型性能好。
[0012] 除主量元素外，還添加有同族元素Y和Ag,從實施例可看出，僅添加Y或Ag對鑄造 成型的非晶合金產(chǎn)品表面無顯著改善，同時添加Y和Ag元素，當Ag元素在原料中原子摩爾 百分比為0.2-5%時，通過在預制高光面的模具中成型，非晶合金產(chǎn)品表面為極優(yōu)良的高光 面，Y元素添加量不宜過高。進一步優(yōu)選Ag元素在原料中原子摩爾百分比為0.5-3%，尤其 是在Ag添加量為1. 5-3%時，非晶合金產(chǎn)品表面高光效果最佳。
[0013] 2、制備方法 一種錯基非晶合金的方法，其特征在于： 步驟一，按照配比稱取金屬原料，其中Zr、Hf的原料選擇為錯石原礦選礦冶煉后不脫 除Hf的產(chǎn)物，該產(chǎn)物中Zr與Hf的共同純度可達99. 9%W上；選擇A1、化、Ni、Y、Ag金屬原 料的純度為99. 9%W上。
[0014] 進一步地，選取的錯石原礦選礦冶煉后不脫除Hf的產(chǎn)物中Zr與Hf的比例范圍為 5:1-50:1。
[001引進一步優(yōu)選，選取的錯石原礦選礦冶煉后不脫除Hf的產(chǎn)物中Zr與Hf的比例范圍 為 10:1-20:1。
[0016] 錯礦石多與獨居石、憐錠礦、錫石及貴金屬等共生，呈綜合性砂礦床產(chǎn)出。生產(chǎn)金 屬錯的方法是，利用含錯的原礦先進行預選，現(xiàn)將原礦中含量較大的主量礦物巧日含鐵礦 物、含鐵礦物）脫除，然后將粗選后剩余的含錯量高的礦石進行復選精選，最后對精選產(chǎn)物 進行冶煉提純出金屬純錯。
[0017]Hf元素是錯礦石中常見的元素之一，尤其是Hf元素是W完全類質(zhì)同象的形式置 換錯礦石中的Zr元素形成錯石-給石固溶體系列。自然界礦物中Zr與Hf原子比平均值約 為50:1-20:1，該比值根據(jù)錯石原礦種類的不同而變化。隨著選礦過程的變化，由于Hf元素 的富集，Zr與Hf原子比會下降。Zr元素與Hf元素的化學性質(zhì)極為相似，在制備純金屬Zr 的過程中，分離Zr與Hf是非常困難的過程，通常需要通過多個步驟才能將二者分離，常用 方法有火法分離、濕法分離，包括溶液萃取法、分布結(jié)晶法、分布沉淀法、離子交換法等，無 論采用上述何種方法，獲得純金屬Zr和純金屬Hf的工藝都異常艱難，成本因此居高不下。
[0018] 常規(guī)的Zr基非晶合金生產(chǎn)過程中，都采用純度超過99. 5%的Zr金屬，使得原料成 本非常高。本發(fā)明中，采用錯礦石選礦冶煉后不脫除Hf的產(chǎn)物，而且可通過調(diào)整選礦工藝 和Zr的冶煉工藝得到錯給原子比低的錯給混合金屬用W配合非晶合金材料配方比例的需 要，不僅能夠使Zr冶煉提純的過程簡化，而且大大降低了非晶合金材料的成本。
[0019] 步驟二，將原料混合后在氣氣氣氛或真空條件下通過電弧烙煉或其他常規(guī)烙煉方 式將原料烙煉，冷卻后得到非晶合金鑄錠。
[0020] 烙煉過程可在氣氣氣氛中進行，壓力可調(diào)整在0.01-0.IMPa范圍