专利名称：强耐蚀Zr-Al-Ni-Nb块体非晶合金的利记博彩app
技术领域：
本发明属于新材料技术领域，涉及一种同时具备大非晶形成能力、高室温强度和 塑性及优异耐蚀性能的ττ基灶-Al-Ni-Nb块体非晶合金。
背景技术：
非晶态合金是一类具有短程有序、长程无序结构特征的金属或合金，由于其内部 结构均一，不存在晶界、位错等缺陷，它们通常具有很高的综合力学性能和独特的物理化学 性能。然而，由于受到自身非晶形成能力的限制，制备非晶合金材料所需的冷却速率一般 处于于103_5K/s量级。以冷速从高到低为序，制备非晶合金的常用急冷技术依次为熔体雾 化、薄膜沉积技术以及铜辊急冷甩带技术等。由这些技术获得的非晶合金常为粉末、薄带等 低维材料，其应用范围受到很大限制。二十世纪九十年代初，日本和美国科学家率先发现了系列具有超大非晶形成能力 的合金，其形成非晶的临界冷却速率达到lK/s量级。这样，用常规铜模铸造或水淬等方法 就可以制备出三维非晶合金块体材料，被称为块体非晶合金。目前，人们已开发出^ 基、Ti 基、Pd基、!^e基、稀土基、Ni基和Cu基等块体非晶合金体系。由于其优异的力学、物理和化 学等综合性能，这些块体非晶合金在精密加工、机器制造、生物医疗及航空航天等多个领域 都有很好的应用前景。目前，部分块体非晶合金材料已经实现产业化。在已知块体非晶合金形成体系中，^ 基块体非晶合金具有优异的非晶形成能力、 宽的过冷液相区和高强度等特性，有用作工程结构或功能材料的巨大潜力，受到广泛关注。 其中，Zr-Ti-Cu-Ni-Be和&-Al-Ni_Cu为典型的rLx基块体非晶体系，最有发展前途。然而， 前者含有有毒元素Be，限制了其实际应用；两体系中都含有Cu组元，大大降低了非晶合金 在含氯离子环境(如NaCl和盐酸等)中的耐蚀性。目前，在现有^ 基块体非晶合金中，尚 无同时兼备超大非晶形成能力、大室温塑变能力和优异耐蚀性能的高强合金，这大大限制 了 ^ 基非晶合金的应用范围。针对这一不足，本发明在&-Al-Ni三元非晶基础上，通过适 量Nb的添加，发展出同时具有超大非晶形成能力、高室温强度和韧性以及强耐蚀性的^ 基 Zr-Al-Ni-Nb块体非晶新合金。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服目前具有超大非晶形成能力(特指非晶合金的 临界直径达厘米量级及以上)的&基合金不兼具足够室温强度和塑性及在含氯离子环境 中的高耐蚀能力问题。本发明采用的技术解决方案是一种强耐蚀的厘米级^ 基&-Al-Ni-Nb块体非晶 合金，其特征在于(a)只包括&、Al、Ni和Nb四种常见金属元素，无贵重金属和毒性元素。(b) Zr-Al-Ni-Nb 块体非晶合金的成分通式为 ZrxAlyNizNbm, x+y+z+m = IOOat. %。 其中，&元素的原子百分数χ = M 60at. %,A1元素的原子百分数y = 13 17at. %,Ni元素的原子百分数ζ = 23 27%，Nb元素的原子百分数m = 2 8at. % ;Zr-Al-Ni-Nb 体系中典型块体非晶合金的成分为&56Al15M25Nb4。(c)本发明所涉及的非晶合金，可以通过常规铜模铸造法制备得到临界直径为 12mm以上的非晶合金棒材，其中，Zr56Al15Ni25Nb4非晶合金的临界直径可达20mm。(d)在室温压缩实验中，本发明所涉及的非晶合金屈服强度可超过1785MI^并 具有大于2%的塑性变形能力，^54Al15Ni25Nb6和^58Al13Ni25Nb4非晶合金的塑性应变约为 3. 5%。(e)室温下，本发明所涉及的非晶合金在3MaSS% NaCl水溶液中的动态电位极化 曲线上出现超过120mv的钝化电位区间，钝化电流密度低于6X IO-4AnT2 ；Zr54Al15Ni25Nb6非 晶合金在IN的盐酸中也有约40mv的钝化电位区间，钝化电流密度约为5X 10_4Am_2。实现上述技术方案的构思是以最佳三元非晶成分^6tlAl15Ni25为基点，选择其附 近的三元合金成分，向其中添加Nb以部分替代Ir组元实现合金化，得到灶-Al-Ni-Nb四 元成分系列，可表示为^xAlyNizNbm(x+y+z+m = IOOat. %，原子百分比)，其中χ = M 60at. %，y = 13 17at. %，ζ = 23 27%，m = 2 6at. %。采用高纯元素按上述合金成分进行配比，各元素的质量百分比纯度为Zr99. 9%, Al 99. 99%,Ni 99. 97%和Nb 99. 9% ；然后利用非自耗电弧熔炼炉对配比的混合物进行多 次熔炼，以得到成分均勻的合金锭；采用单辊甩带法制备得到尺寸约为0. 02X1. 2mm2的薄 带，用于非晶合金热力学性质的测定；用铜模倾铸(Tilt casting)法，制备直径为IOmm 25mm的合金棒以评价合金的真实非晶形成能；采用铜模喷铸法制备直径为2mm的非晶合金 样品进行室温力学性能和耐蚀性能测定。本发明的效果和益处是①发展了不含贵重金属或毒性组元的具有超大非晶形成 能力的^ 基&-Al-Ni-Nb块体非晶合金形成体系，用常规铜模铸造法制备出直径超过12mm 的非晶合金棒，最佳成分的临界直径达到20mm ；②开发的块体非晶合金系列的室温压缩塑 性超过2%;③在3MasS%氯化钠溶液中有较宽的钝化区间，部分非晶合金在IN盐酸中也表 现很好的耐蚀性能。以上表明，本发明开发的&-Al-Ni-Nb块体非晶合金系列兼具超大玻 璃形成能力、大室温塑性和优异耐蚀性能等特性。
具体实施例方式以下结合技术方案详细说明本发明的具体实施方式
。以下给出制备Ir基灶-Al-Ni-Nb块体非晶合金的方法，包括配料、熔炼和铸造等 工艺步骤步骤一配料首先将设计的成分中的各个元素由原子百分比转换成质量百分比，按照每个合 金总量25克左右计算各个组元的质量，而后用电子天平称取各组元，质量误差控制在 士 0. 005% ο步骤二 合金锭的熔炼将按成分配比称量的&、Al、Ni和Nb的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内， 采用非自耗电弧熔炼法在氩气保护下进行熔炼。因为该合金系中包含难熔合金Nb，需要进 行分步熔炼，即首先熔炼ττ和Nb，做成中间合金，再加入Al和Ni，进行熔炼。每个合金锭
4反复熔炼4次，得到化学成分均勻的灶-Al-Ni-Nb合金锭；步骤三薄带状非晶样品的制备将合金锭粉碎成大小适度的不规则块状，装入底部带有小孔的石英管内，装入甩 带机真空室，抽真空后，冲入氩气，调整铜辊转数为2500转/分钟，启动高频感应电源，待合 金熔化后，开启喷射开关，使熔体在铜辊上激冷，形成条带。步骤四块体非晶合金制备将母合金粉碎成大小适度的不规则块状，装入底部带有小孔的石英管内，装入真 空室，抽真空后，冲入氩气，启动高频感应电源，电流约为12A，待合金熔化后，开启喷射开 关，气压差可将熔体迅速喷入铜模的样品腔内，得到直径为2mm的棒状样品。直径为IOmm 以上的棒状样品采用倾斜铸造(Tilt casting)的方法制备。首先将适量母合金置于铜坩 埚，抽真空后，冲入氩气，类似母合金制备过程，采取电弧熔炼的方法熔化母合金，然后轻轻 调整整个铜模的角度，用两个电弧控制熔体移动，使熔体慢慢移向铜模的入口，而后加大倾 斜角度，使熔体迅速流入到铜模，快速凝固成型。以下给出本发明实验检测的技术手段。利用X射线衍射仪(Rigaku RINT-ultima III)对制得的合金棒进行结构检测，如 果衍射图谱上显示典型非晶态特征的漫散峰，则表明合金为非晶态。利用差示扫描量热仪DSC(TA Q100)和差热分析仪DTA(TA Q600)测定非晶合金的 热力学参数，包括玻璃转变温度Tg、晶化开始温度Tx以及合金液相线温度1\。进而可以计 算出过冷液相区间ΔΤΧ(定义为！；与！；之差，ATx = Tx-Tg)约化玻璃转变温度U = Tg/ T1)和Y ( = V(VT1))等表征非晶合金热稳定性和玻璃形成能力的参数。利用单轴拉伸压缩试验机(Shimadzu AG50VF)测试块体非晶合金在室温下的压缩 性能，包含屈服强度、杨氏模量和塑性应变等，其中杨氏模量采用应变片辅助精确测量。利用标准电化学腐蚀法测量块体非晶合金的室温耐蚀性能。腐蚀液分别为IN硫 酸溶液、IN盐酸溶液和3MasS%氯化钠水溶液。附表1、2、3中分别列出了本发明涉及的典型灶-Al-Ni-Nb块体非晶合金的热力学 参数、临界直径、室温力学性能和相关耐蚀性能实验结果。其中，Tg为玻璃转变温度、Tx为晶 化开始温度、ΔΤΧ = Tx-Tg为冷液相区间、T1为合金液相线温度、Trg = TgZT1为约化玻璃转 变温度、Y = V(VT1) ；d。为形成非晶态样品的临界直径；E为杨氏模量、0。,，为压缩屈 服强度、ε。，ρ为压缩塑性应变；Ε。·为腐蚀电位Apass为钝化电位、Epit为击穿电位、Epit-Epass 为钝化电位区间、Ipass为钝化电流。实验结果表明开发的灶-Al-Ni-Nb块体非晶合金都具有高的热稳定性、超大 的非晶形成能力和大的室温压缩塑性及良好的含氯离子环境耐蚀性。其中优选成分为 Zr56Al15Ni25Nb4O附表1 :Zr基灶-Al-Ni-Nb体系典型块体非晶合金的热力学性质和临界直径
权利要求
1.强耐蚀灶-Al-Ni-Nb块体非晶合金，其特征在于含Zr、Al、Ni和Nb元素，其成分 通式为^xAlyNizNbm，其中，&元素的原子百分数χ = M 60at. %,A1元素的原子百分数 y = 13 17at. %, Ni元素的原子百分数ζ = 23 27%，Nb元素的原子百分数m = 2 8at. %, x+y+z+m = IOOat.
全文摘要
强耐蚀Zr-Al-Ni-Nb块体非晶合金，属于新材料技术领域。其特征在于包含Zr、Al、Ni和Nb四种组元，成分通式为ZrxAlyNizNbm，x+y+z+m＝100at.％，其中，Zr的原子百分数x＝54～60at.％，Al的原子百分数y＝13～17at.％，Ni的原子百分数z＝23～27％，Nb的原子百分数m＝2～8at.％。Zr-Al-Ni-Nb体系中典型块体非晶合金成分为Zr56Al15Ni25Nb4。本发明的效果和益处是①合金具有超大玻璃形成能力，用铜模铸造法可制备出直径超过12mm的非晶合金棒；②非晶合金的室温屈服强度超过1785MPa，压缩塑变大于2％；③在3Mass％NaCl水溶液中，非晶合金的动态电位极化曲线出现超过120mv的钝化电位区间，钝化电流密度低于6×10-4Am-2。Zr54Al15Ni25Nb6非晶合金在1N盐酸中呈现40mv的钝化电位区间，钝化电流密度约为5×10-4Am-2。
文档编号C22C45/10GK102071370SQ20111002029
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者张伟, 李艳辉, 羌建兵, 董闯 申请人:大连理工大学