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CN102653849A - 锆基非晶合金件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种锆基非晶合金件的制造方法，包括如下步骤：步骤一，提供锆基非晶合金母合金，锆基非晶合金母合金为以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金；步骤二，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将母合金投放至真空感应熔炼炉，并升温至1100℃至1200℃使母合金熔融；步骤三，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至800℃-900℃；步骤四，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金浇铸成合金锭，并冷却至200℃-350℃；步骤五，将合金锭压铸成厚度为大于等于0.5毫米且小于等于2毫米的产品。该方法得到的产品强度较高且成本较低。本发明还提供一种由上述方法得到的非晶合金产品。

Description

锆基非晶合金件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种锆基非晶合金件及其制造方法。
背景技术
非晶合金(Amorphous Alloy)具有类似玻璃的结构特征，因此也称为金属玻璃(Metallic Glass)。由于非晶合金独特结构特点，表现出比常规晶态合金更优异之磁学、力学、物理和化学性能。锆基非晶合金具有较宽的过冷液相区宽度，较易形成非晶态，为工程领域最有希望大规模应用的非晶系之一。然而，锆基非晶合金中，高纯度(纯度大于99.9％)的原料锆的价格较高，使制得的锆基非晶合金件价格也较高，从而限制了锆基非晶合金的应用。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种强度较高且成本较低的锆基非晶合金件及其制造方法。
一种锆基非晶合金件的制造方法，其包括如下步骤：步骤一，提供锆基非晶合金母合金，该锆基非晶合金母合金为以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金；步骤二，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金投放至真空感应熔炼炉，并升温至1100℃至1200℃使锆基非晶合金母合金熔融；步骤三，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至800℃-900℃；步骤四，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金浇铸成合金锭，并冷却至200℃-350℃；步骤五，将合金锭压铸成厚度为大于等于0.5毫米且小于等于2毫米的产品。
一种锆基非晶合金件，该锆基非晶合金件厚度大于等于0.5毫米且小于等于2毫米，该锆基非晶合金件由以下步骤制得：步骤一，提供锆基非晶合金母合金，该锆基非晶合金母合金为以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金；步骤二，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金投放至真空感应熔炼炉，并升温至1100℃至1200℃使锆基非晶合金母合金熔融；步骤三，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至800℃-900℃；步骤四，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金浇铸成合金锭，并冷却至200℃-350℃；步骤五，将合金锭压铸成型。
上述锆基非晶合金件选择纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料，避免采用纯度大于99.9％的锆作为原料，大大降低了非晶合金件的成本；同时锆基非晶合金经过熔炼后，抗弯强度得到提高，使锆基非晶合金件的强度较高。
具体实施方式
本发明提供一种锆基非晶合金件及其制造方法，以下作进一步详细说明。
一种锆基非晶合金件，该锆基非晶合金件由以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金制成，且该锆基非晶合金件厚度大于等于0.5毫米且小于等于2毫米。
该锆基合金合金件的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，提供一种锆基非晶合金母合金，该锆基非晶合金母合金由以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金。其中，该锆基非晶合金母合金，以重量计，其含有50％-70％的锆，10％-15％的铜，5％-10％的镍，5％-20％的铌以及5％-10％的铝，铜、镍、铌及铝的纯度均大于99.9％。
步骤2，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金投放至真空感应熔炼炉，并升温至1100℃至1200℃使锆基非晶合金母合金熔融。其中，当锆基非晶合金母合金在真空感应熔炼炉中融化后，真空感应熔炼炉即开始搅拌。
步骤3，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至800℃-900℃。
步骤4，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金浇铸成合金锭，并冷却至200℃-350℃。其中，该合金锭优选为直径为3厘米至4厘米的圆球，以方便后续压铸成型时送料。冷却时可采用冰水冷却。
步骤5，将合金锭压铸成厚度为大于等于0.5毫米且小于等于2毫米的产品。其中，该合金锭压铸成锆基非晶合金件时，需保证足够快的冷却速度以使产品形成非晶态。
以下通过具体实施方式来对本发明的锆基非晶合金件及其制造方法作进一步详细说明。
一种锆基非晶合金件的制造方法，其包括以下步骤：
步骤1，提供一种锆基非晶合金母合金，该锆基非晶合金母合金由以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金。其中，该锆基非晶合金母合金的配方为Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10，铜、镍、铌及铝的纯度均大于99.9％。
步骤2，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金投放至真空感应熔炼炉，升温至1150℃使锆基非晶合金母合金熔融，并搅拌使温度稳定即可停止加热。
步骤3，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至850℃。
步骤4，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金浇铸成直径为3厘米的圆球，并冷却至300℃。
步骤5，将部分合金锭压铸成厚度分别为0.5毫米、1毫米、1.5毫米及2毫米的一次重熔样品(以下简称R1)，压铸时冷却保证足够快的冷却速度，以形成非晶态。其中一次重熔样品的宽度为10毫米，长度为100毫米。
在执行步骤5之前，选取部分合金锭重复上述步骤2至步骤4进行二次熔炼，之后执行步骤5，将该部分合金锭压铸成厚度分别为0.5毫米、1毫米、1.5毫米及2毫米的二次熔炼样品(以下简称R2)，压铸时冷却保证足够快的冷却速度，以形成非晶态。其中二次熔炼样品的宽度为10毫米，长度为100毫米。
在执行步骤5之前，再次选取部分合金锭重复上述步骤2至步骤4进行三次熔炼，之后执行步骤5，将该部分合金锭压铸成厚度分别为0.5毫米、1毫米、1.5毫米及2毫米的三次熔炼样品(以下简称R3)，压铸时冷却保证足够快的冷却速度，以形成非晶态。其中三次熔炼样品的宽度为10毫米，长度为100毫米。
为进一步验证本发明的制造方法得到的非晶合金件具有较高的强度，对样品R1、R2及R3的抗弯强度进行测试，所得测试数据见表1。测试弯曲强度时使用万能试验机测试三点弯曲强度。
其中，对比样品由以下方法制成，首先，提供一种与上述实施例锆基非晶合金母合金相同的锆基非晶合金母合金；直接将锆基非晶合金母合金压铸成厚度分别为0.5毫米、1毫米、1.5毫米及2毫米的对比样品，压铸时冷却保证足够快的冷却速度，以使对比样品形成非晶态，对比样品的宽度为10毫米，长度为100毫米。
表1不同厚度样品的抗弯强度(MPa)测试结果
  样品厚度   对比样品   R1   R2   R3
  0.5毫米   1557   1718   1655   1800
  1毫米   2093   2174   2197   2228
  1.5毫米   2056   2085   2046   2109
  2毫米   1916   1936   1929   1985
本发明选择纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料，避免采用纯度大于99.9％的锆作为原料，大大降低了非晶合金件的成本。同时由表1可以看出，厚度为0.5毫米、1毫米、1.5毫米及2毫米的样品的抗弯强度均远大于常用的工程材料的抗弯强度800MPa，强度较高。且，该非晶合金母合金采用本发明提供的方法经过1-3次熔炼后，抗弯强度相比对比样品均有提高，进一步提高了抗弯强度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种锆基非晶合金件的制造方法，其包括如下步骤：
步骤一，提供锆基非晶合金母合金，该锆基非晶合金母合金为以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金；
步骤二，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金投放至真空感应熔炼炉，并升温至1100℃至1200℃使锆基非晶合金母合金熔融；
步骤三，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至800℃-900℃；
步骤四，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金浇铸成合金锭，并冷却至200℃-350℃；
步骤五，将合金锭压铸成厚度为大于等于0.5毫米且小于等于2毫米的锆基非晶合金件。
2.如权利要求1所述的锆基非晶合金件的制造方法，其特征在于：该锆基非晶合金母合金，以重量计，其含有50％-70％的锆，10％-15％的铜，5％-10％的镍，5％-20％的铌以及5％-10％的铝。
3.如权利要求1所述的锆基非晶合金件的制造方法，其特征在于：该合金锭为直径为3至4厘米的圆球。
4.如权利要求1所述的锆基非晶合金件的制造方法，其特征在于：在步骤五之前，重复步骤二至步骤四至少一次进行反复熔炼。
5.一种锆基非晶合金件，其特征在于：该锆基非晶合金件厚度大于等于0.5毫米且小于等于2毫米，该锆基非晶合金件由以下步骤制成：
步骤一，提供锆基非晶合金母合金，该锆基非晶合金母合金为以纯度大于等于98％且小于99.9％的锆作为原料的锆-铜-铝-镍-铌系锆基非晶合金；
步骤二，提供真空感应熔炼炉，将真空度控制在10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金母合金投放至真空感应熔炼炉，并升温至1100℃至1200℃使锆基非晶合金母合金熔融；
步骤三，维持真空度为10-2帕至10-3帕，在30-40分钟内将锆基非晶合金母合金温度降至800℃-900℃；
步骤四，维持真空度为10-2帕至10-3帕，将锆基非晶合金浇铸成合金锭，并冷却至200℃-350℃；
步骤五，将合金锭压铸成型。
6.如权利要求5所述的锆基非晶合金件，其特征在于：该锆基非晶合金，以重量计，其含有50％-70％的锆，10％-15％的铜，5％-10％的镍，5％-20％的铌以及5％-10％的铝。
7.如权利要求5所述的锆基非晶合金件，其特征在于：在步骤五之前，重复步骤二至步骤四至少一次进行反复熔炼。
8.如权利要求5所述的锆基非晶合金件，其特征在于：其特征在于：该合金锭为直径为3至4厘米的圆球。
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