專利名稱：：一種用于鋯基非晶合金的含鋯組合物及鋯基非晶合金的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于鋯基非晶合金的含鋯組合物及鋯基非晶合金。
背景技術：
：非晶合金通常是金屬合金從液態冷卻到玻璃轉變溫度以下，在形成核及晶化前凝固形成的。非晶合金的制備過程中經常會使用鋯作為原料，尤其是鋯基非晶合金。在鋯基非晶合金中，鋯基塊體非晶合金是以鋯為主要元素而制備的非晶合金，具有很寬的過冷液相區和很高的非晶形成能力，其直徑或厚度達到了數十毫米，最大可達100mm，極大地拓寬了鋯基塊體非晶合金的應用前景。鋯基塊體非晶合金已經在軍事領域(如坦克穿甲彈外殼)和體育用品(高爾夫球頭、滑雪板材料及其它高彈性用具)等方面得到了應用。目前，作為非晶合金的原料的鋯要求具有較高的純度，從而使得非晶合金具有良好的形成能力。例如，《Zr-Al-Ni-Fe塊體非晶合金的成分設計與優化》(陳偉榮，王宙，韓光，稀有金屬材料與工程，2006.35巻，第7期)中提到一種非晶合金的制備方法，其中使用純度為99.99%的鋯作為原料來制備該Zr-Al-Ni-Fe塊體非晶合金。這種高純鋯作為非晶合金的原料，能提高非晶形成能力，但是其成本較高，難以進行工業化大規模生產。
發明內容本發明的目的是為了克服現有技術中對作為非晶合金原料的鋯的純度要求高，從而導致非晶合金制備成本高的缺點，提供一種成本低，且能提高合金的非晶形成能力的鋯原料，另外本發明還提供了采用該鋯原料的非晶合金的制備方法。本發明提供了一種用于鋯基非晶合金的含鋯組合物，該組合物含有金屬鋯和添加劑，其中，所述金屬鋯為海綿鋯，所述添加劑為B、Si和Pb的混本發明還提供了一種鋯基非晶合金，該鋯基非晶合金由形成該鋯基非晶合金的原料在保護氣體下熔煉并冷卻成型得到，其中，所述形成該鋯基非晶合金的原料含有本發明所述的含鋯組合物。本發明制得的非晶合金樣品的臨界尺寸均在2mm以上，非晶合金樣品的過冷液相區溫度范圍為58.31-64.71K，且斷裂強度o均在2000以上。因此，本發明實現了在保證非晶合金的非晶形成能力的前提下，將成本低廉的海綿鋯作為制備非晶合金的原料。因此本發明的鋯原料對降低非晶合金制備成本上具有重大的意義。圖1為實施例1-4以及對比例1制得的非晶合金樣品的XRD衍射圖。具體實施例方式本發明提供的用于鋯基非晶合金的含鋯組合物，該組合物含有金屬鋯和添加劑，其中，所述金屬鋯為海綿鋯，所述添加劑為B、Si和Pb的混合物。本發明的發明人發現，通過將所述添加劑與海綿鋯配合使用，從而可以將所述海綿鋯作為制備非晶合金的原料。為了提高非晶合金的形成能力，相對于100重量份的海綿鋯，所述添加劑的含量優選為0.1-3重量份。所述海綿鋯可以是常規任意的海綿鋯，所述海綿鋯可以商購得到，所述海綿鋯中鋯的含量優選為99.4-99.6重量％。為了進一步提高非晶合金的非晶形成能力，所述添加劑優選為B、Si和Pb。其中，所述B、Si和Pb的摩爾比可以為任意比，優選為1:(1-3):(1-3)。5所述含鋯組合物可以直接由各種成分混合得到，即可作為非晶合金的原料使用。本發明的鋯基非晶合金由形成該鋯基非晶合金的原料在保護氣體下熔煉并冷卻成型得到，其中，所述形成該鋯基非晶合金的原料含有本發明所述的含鋯組合物。本發明所述鋯基非晶合金可以常規任意的含鋯的非晶合金，不同的是，所述鋯基非晶合金在制備時，采用本發明所述的含鋯組合物來提供鋯基非晶合金中的鋯成分。至于鋯基非晶合金制備中的其它原料、熔煉條件、冷卻條件均為常規使用的原料以及條件，為本領域技術人員所公知。所述形成該鋯基非晶合金的原料除所述含鋯組合物之外還含有其它原料，所述其它原料還可以根據需要進行適當選擇，例如所述其它原料可以是鋁、鐵和鎳。在形成所述鋯基非晶合金的原料中，所述含鋯組合物的含量可以根據需要進行變動，一般情況下，在形成所述鋯基非晶合金的原料中，所述的含鋯組合物的含量可以是50-80重量％。另外，本發明在將所述非晶合金原料進行熔融時，優選在攪拌下進行。所述攪拌方式可以是任意的可以用于對非晶合金的熔融原料進行攪拌的方式，例如可以是電磁攪拌。所述電磁攪拌可以通過電磁攪拌線圈來實施。例如可以將電磁攪拌線圈安裝在用于將非晶合金的原料進行熔融的坩鍋的底部即可。通過在熔融過程中進行攪拌，可以使得合金熔體成分均勻化，并消除坩鍋底部的晶核污染，從而可以提高非晶合金的非晶形成能力。此外，本發明所述保護氣體為第零族元素氣體、N2和SF6中的一種或幾種。所述熔煉的溫度為本領域技術人員所公知，例如可以在800-130(TC下進行；所述冷卻成型時，冷卻速率為本領域技術人員所公知，例如可以是10K/s以上。下面通過實施例對本發明的鋯原料與采用該鋯原料的非晶合金的制備方法進行詳細說明。實施例1本實施例說明本發明的鋯原料與采用該鋯原料的非晶合金的制備方法。將真空電弧熔煉爐(上海晨華電爐有限公司)抽真空至2.0xl(T3Pa，通入純度為99.999%的高純氬氣至起弧壓力0.5Mpa;然后再將系統抽真空到2.0x10—3Pa，再通該高純氬氣至起弧壓力0.5MPa。然后熔煉鈦以吸附真空電弧熔煉爐內的氧。然后按照化學成分配比(Zr62AbN^Fe8)99.7(B25Si5oPb25)a3(其中，下標均為摩爾百分數)，將海綿鋯(上海特冶冶金爐料有限公司，純度為99.4%)、B、Si、Pb、Al、Ni和Fe投入到真空電弧熔煉爐內，其中，上述各種非晶合金原料在投入到真空電弧熔煉爐內前用丙酮進行清洗并烘干；相對于100重量份的海綿鋯，添加劑的量為0.39重量份；B、Si和Pb的摩爾比為1:2:1;除海綿鋯外，其余非晶合金原料的純度均為99.9重量％以上。在形成所述鋯基非晶合金的原料中，所述的含鋯組合物的含量為76.2重量％。在130(TC條件下，將非晶合金原料熔煉3次，每次5分鐘，然后再次熔煉并以103K/s的冷卻速度進行水冷銅模冷卻，得到非晶合金樣品Al。實施例2本實施例說明本發明的鋯原料與采用該鋯原料的非晶合金的制備方法。按照實施例1的方法制備非晶合金樣品，不同的是，按照化學成分配比(Zr62Al15Ni15Fe8)991(B3QSi4QPb3())a9(其中，下標均為摩爾百分數)，將海綿鋯(上海特冶冶金爐料有限公司，純度為99.4%)、B、Si、Pb、Al、Ni和Fe投入到真空電弧熔煉爐內，其中，上述各種非晶合金原料在投入到真空電弧熔煉爐內前用丙酮進行清洗并烘干；相對于100重量份的海綿鋯，所述添加劑的量為1.23重量份；B、Si和Pb的摩爾比為3:4:3;除海綿鋯外，其余非晶合金原料的純度均為99.9重量％以上。在形成所述鋯基非晶合金的原料中，所述的含鋯組合物的含量為77.4重量％。最終得到非晶合金樣品A2。實施例3本實施例說明本發明的鋯原料與采用該鋯原料的非晶合金的制備方法。按照實施例1的方法制備非晶合金樣品，不同的是，按照化學成分配比(Zr45Al2oNi2。Feu)98.5(B25Si45Pb3。)L5(其中，下標均為摩爾百分數)，將海綿鋯(上海特冶冶金爐料有限公司，純度為99.4%)、B、Si、Pb、Al、Ni和Fe投入到真空電弧瑢煉爐內，其中，上述各種非晶合金原料在投入到真空電弧熔煉爐內前用丙酮進行清洗并烘干；相對于100重量份的海綿鋯，所述添加劑的量為2.47重量份；B、Si和Pb的摩爾比為5:9:6;除海綿鋯外，其余非晶合金原料的純度均為99.9重量％以上。在形成所述鋯基非晶合金的原料中，所述的含鋯組合物的含量為62.7重量％。最終得到非晶合金樣品A3。實施例4按照實施例1的方法制備非晶合金樣品，不同的是，在所述熔煉過程中進行電磁攪拌。最終得到非晶合金樣品A4。對比例1按照實施例1的方法進行制備，不同的是，按照化學成分配比Zr62Al15Ni15Fe8(其中，下標均為摩爾百分數)，將Zr、Al、Ni和Fe投入到真空電弧熔煉爐內，其中，上述各種非晶合金原料在投入到真空電弧熔煉爐內前用丙酮進行清洗并烘干；上述各非晶合金原料的純度均為99.9重量％以上。最終得到非晶合金樣品E1。性能測試下面按照如下方法對實施例l-4制得的非晶合金樣品Al-A4以及對比例1制得的非晶合金樣品El進行性能測試。1、XRD分析將非晶合金樣品在型號為D-MAX2200PC的X射線粉末衍射儀上進行XRD粉末衍射分析，以判定合金是否為非晶。X射線粉末衍射的條件包括以銅靶輻射，入射波長^1.54060A，加速電壓為40千伏，電流為20毫安，采用步進掃描，掃描步長為0.04。，結果如圖l所示。從圖1中的非晶合金樣品Al漫散峰A、非晶合金樣品A2漫散峰B、非晶合金樣品A3漫散峰C、非晶合金樣品A4漫散峰D、非晶合金樣品E1漫散峰E可以看出，本發明實施例1-4以及對比例1制得的樣品Al-A4以及El均為非晶態。2、臨界尺寸測試將銅模中形成的楔形的非晶合金樣品從該楔形的角上以O.lmm的厚度進行切割，然后對切割該非晶合金樣品形成的截面進行如上所述的XRD分析，測定結構類型，若結構類型為非晶合金，則繼續切割，直至結構類型不是非晶合金為止，記錄切割總厚度，所述臨界尺寸D即為該切割總厚度減去O.lmm后的厚度。結果如表l所示。3、斷裂強度(o)測試將制得的非晶合金樣品截取成01mmX2mm的棒材，利用MTS458.20型材料試驗機測試樣品的斷裂強度。結果如表1所示。4、熱物理性質參數通過法國SETATAM公司的LabsysTG/DSC復合型熱分析儀測定非晶合金樣品的玻璃轉變溫度Tg、晶化開始溫度TX，并求出過冷液相區溫度范圍△Tx(Tg與Tx的差的絕對值)。結果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>1850從表1可以看出，本發明制得的非晶合金樣品Al-A4的臨界尺寸均在2mm以上，而對比例1制得的非晶合金的臨界尺寸為1.5mm。非晶合金樣品Al-A4的過冷液相區溫度范圍為58.31-64.71K，且斷裂強度o均在2000以上。因此，本發明實現了在保證非晶合金的非晶形成能力的前提下，將成本低廉的海綿鋯作為制備非晶合金的原料。權利要求1、一種用于鋯基非晶合金的含鋯組合物，該組合物含有金屬鋯和添加劑，其特征在于，所述金屬鋯為海綿鋯，所述添加劑為B、Si和Pb的混合物。2、根據權利要求1所述的組合物，其中，相對于100重量份的海綿鋯，所述添加劑的含量為0.1-3重量份。3、根據權利要求1所述的組合物，其中，所述B、Si和Pb的摩爾比為1:(1-3):(1-3)。4、根據權利要求1或2所述的組合物，其中，所述海綿鋯中鋯的含量為99.4-99.6重量％。5、一種鋯基非晶合金，該鋯基非晶合金由形成該鋯基非晶合金的原料在保護氣體下熔煉并冷卻成型得到，其特征在于，所述形成該鋯基非晶合金的原料含有權利要求1-4中任意一項所述的含鋯組合物。6、根據權利要求5所述的鋯基非晶合金，其中，所述形成該鋯基非晶合金的原料還含有鋁、鐵和鎳中的一種或幾種；在形成所述鋯基非晶合金的原料中，所述含鋯組合物的含量為50-80重量％，所述鋁、鐵和鎳的總含量為20-50重量％。7、根據權利要求5所述的鋯基非晶合金，其中，所述熔煉在攪拌條件下進行。8、根據權利要求5所述的鋯基非晶合金，其中，所述保護氣體為第零族元素氣體、N2和SF6中的一種或幾種；所述熔煉的溫度為800-1300°C;所述冷卻成型時，冷卻速率為10K/s以上。全文摘要本發明提供了用于鋯基非晶合金的含鋯組合物，該組合物含有金屬鋯和添加劑，其中，所述金屬鋯為海綿鋯，所述添加劑為B、Si和Pb。另外，本發明還提供了鋯基非晶合金。本發明的鋯基非晶合金的非晶形成能力高，成本低。文檔編號C22C45/10GK101469395SQ20071030704公開日2009年7月1日申請日期2007年12月27日優先權日2007年12月27日發明者劍俞申請人:比亞迪股份有限公司