一种锆基非晶合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种非晶合金材料，具体设及一种错基非晶合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 非晶合金与传统金属材料相比具有高硬度、高强度、高耐蚀性和大的弹性极限等 多种优异的性能。因其优良特性，非晶合金在高端电子产品、医疗器械产品和汽车工业中具 有非常大的应用前景，已成为一种极具发展前景的新材料。迄今为止，通过各种合理的合金 设计和常规的铸造方法已陆续开发出Zr基、Pd基、化基、Ti基、Mg基、Li基、Co基等十余 种非晶合金。
[0003]Zr基非晶合金是非晶合金开发史中一个重要的组成部分，也是当前能够制备出大 尺寸非晶合金的重要体系之一。Zr基非晶合金W其制备工艺简单、较高的非晶形成能力与 热稳定性吸引着众多研究者的目光。目前，Zr基非晶合金不仅应用于体育休闲方面，如高尔 夫球杆、棒球棒、网球拍的制造，还能够用于更为精密的金属件的制造，如高精密的齿轮、轴 承等。然而也有许多因素制约着Zr基非晶合金的广泛应用，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产品后处理工序困难。
[0004] 专利申请号为201210400725. 0的名为《一种错基非晶合金》的发明专利提供了一 种组成为（Zr,Hf，Nb)。化bTicAldRe。的错基非晶合金，其中Re为铜系元素，该发明中的错基 非晶合金非晶体形成能力较好。
[0005] 专利申请号为201310645557. 6的名为《一种ZrCuAgAlBeNiCo系块体非晶合金及 其制备方法》的发明专利提供了一种ZrCuAgAlBeNiCo系块体非晶合金及其制备方法，得到 的块体非晶合金具有高玻璃形成能力和高热稳定性。
【发明内容】
[0006] 为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种非晶形成能力（GFA)好、非晶成 型能力优良、成型后即为高光面无需额外加工的低成本错基非晶合金。
[0007] 本发明所要解决的技术问题通过W下技术方案予W实现： 1、原料配方 错基非晶合金的原料选用Zr、Hf、A1、化、Ni、Y、Ag组成，其原子摩尔百分含量为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] 进一步优选，上述原料原子摩尔百分含量为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] 进一步优选，上述原料原子摩尔百分含量为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为基材的非晶S元合金巧日Zr-化-Ti合金)、四元合金巧日Zr-化-Al-Ni合金） 在过冷液相区内具有良好的超塑性流变特性。本发明中，使用Zr、Hf、A1、化、Ni、Y、Ag屯 种元素成分作为合金成分，一方面多组元的存在使系统处在一种更加混乱的状态，即增加 了系统赌值，导致体系的液固转变时自由能变化变小；另一方面，运屯种原子的尺寸差异较 大，合金液体具有更为致密的原子堆煤结构，从而大大降低了液态与晶态之间的洽变，固液 界面能增大。综合系统赌值增加和洽变减少，系统的自由能变化减少，非晶的形成能力也就 增大。本发明中，非晶形成能力可达到45mm。
[0011]Zr与Hf为同族元素，Zr与Y为同周期元素，在烙炼过程中，Hf原子和Y原子对Zr 原子有一定的取代作用，使得合金中不同金属原子之间的作用力增强，宏观表现为冷却后 合金结构较为致密成型性能好。
[0012] 除主量元素外，还添加有同族元素Y和Ag,从实施例可看出，仅添加Y或Ag对铸造 成型的非晶合金产品表面无显著改善，同时添加Y和Ag元素，当Ag元素在原料中原子摩尔 百分比为0.2-5%时，通过在预制高光面的模具中成型，非晶合金产品表面为极优良的高光 面，Y元素添加量不宜过高。进一步优选Ag元素在原料中原子摩尔百分比为0.5-3%，尤其 是在Ag添加量为1. 5-3%时，非晶合金产品表面高光效果最佳。
[0013] 2、制备方法 一种错基非晶合金的方法，其特征在于： 步骤一，按照配比称取金属原料，其中Zr、Hf的原料选择为错石原矿选矿冶炼后不脱 除Hf的产物，该产物中Zr与Hf的共同纯度可达99. 9%W上；选择A1、化、Ni、Y、Ag金属原 料的纯度为99. 9%W上。
[0014] 进一步地，选取的错石原矿选矿冶炼后不脱除Hf的产物中Zr与Hf的比例范围为 5:1-50:1。
[001引进一步优选，选取的错石原矿选矿冶炼后不脱除Hf的产物中Zr与Hf的比例范围 为 10:1-20:1。
[0016] 错矿石多与独居石、憐锭矿、锡石及贵金属等共生，呈综合性砂矿床产出。生产金 属错的方法是，利用含错的原矿先进行预选，现将原矿中含量较大的主量矿物巧日含铁矿 物、含铁矿物）脱除，然后将粗选后剩余的含错量高的矿石进行复选精选，最后对精选产物 进行冶炼提纯出金属纯错。
[0017]Hf元素是错矿石中常见的元素之一，尤其是Hf元素是W完全类质同象的形式置 换错矿石中的Zr元素形成错石-给石固溶体系列。自然界矿物中Zr与Hf原子比平均值约 为50:1-20:1，该比值根据错石原矿种类的不同而变化。随着选矿过程的变化，由于Hf元素 的富集，Zr与Hf原子比会下降。Zr元素与Hf元素的化学性质极为相似，在制备纯金属Zr 的过程中，分离Zr与Hf是非常困难的过程，通常需要通过多个步骤才能将二者分离，常用 方法有火法分离、湿法分离，包括溶液萃取法、分布结晶法、分布沉淀法、离子交换法等，无 论采用上述何种方法，获得纯金属Zr和纯金属Hf的工艺都异常艰难，成本因此居高不下。
[0018] 常规的Zr基非晶合金生产过程中，都采用纯度超过99. 5%的Zr金属，使得原料成 本非常高。本发明中，采用错矿石选矿冶炼后不脱除Hf的产物，而且可通过调整选矿工艺 和Zr的冶炼工艺得到错给原子比低的错给混合金属用W配合非晶合金材料配方比例的需 要，不仅能够使Zr冶炼提纯的过程简化，而且大大降低了非晶合金材料的成本。
[0019] 步骤二，将原料混合后在氣气气氛或真空条件下通过电弧烙炼或其他常规烙炼方 式将原料烙炼，冷却后得到非晶合金铸锭。
[0020] 烙炼过程可在氣气气氛中进行，压力可调整在0.01-0.IMPa范围