強耐蝕Zr-Al-Ni-Nb塊體非晶合金，屬于新材料技術領域。其特征在于：包含Zr、Al、Ni和Nb四種組元，成分通式為ZrxAlyNizNbm，x+y+z+m＝100at.％，其中，Zr的原子百分數x＝54～60at.％，Al的原子百分數y＝13～17at.％，Ni的原子百分數z＝23～27％，Nb的原子百分數m＝2～8at.％。Zr-Al-Ni-Nb體系中典型塊體非晶合金成分為Zr56Al15Ni25Nb4。本發明專利技術的效果和益處是：①合金具有超大玻璃形成能力，用銅模鑄造法可制備出直徑超過12mm的非晶合金棒；②非晶合金的室溫屈服強度超過1785MPa，壓縮塑變大于2％；③在3Mass％NaCl水溶液中，非晶合金的動態電位極化曲線出現超過120mv的鈍化電位區間，鈍化電流密度低于6×10-4Am-2。Zr54Al15Ni25Nb6非晶合金在1N鹽酸中呈現40mv的鈍化電位區間，鈍化電流密度約為5×10-4Am-2。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新材料
，涉及一種同時具備大非晶形成能力、高室溫強度和 塑性及優異耐蝕性能的ττ基灶-Al-Ni-Nb塊體非晶合金。
技術介紹
非晶態合金是一類具有短程有序、長程無序結構特征的金屬或合金，由于其內部 結構均一，不存在晶界、位錯等缺陷，它們通常具有很高的綜合力學性能和獨特的物理化學 性能。然而，由于受到自身非晶形成能力的限制，制備非晶合金材料所需的冷卻速率一般 處于于103_5K/s量級。以冷速從高到低為序，制備非晶合金的常用急冷技術依次為熔體霧 化、薄膜沉積技術以及銅輥急冷甩帶技術等。由這些技術獲得的非晶合金常為粉末、薄帶等 低維材料，其應用范圍受到很大限制。二十世紀九十年代初，日本和美國科學家率先發現了系列具有超大非晶形成能力 的合金，其形成非晶的臨界冷卻速率達到lK/s量級。這樣，用常規銅模鑄造或水淬等方法 就可以制備出三維非晶合金塊體材料，被稱為塊體非晶合金。目前，人們已開發出^ 基、Ti 基、Pd基、!^e基、稀土基、Ni基和Cu基等塊體非晶合金體系。由于其優異的力學、物理和化 學等綜合性能，這些塊體非晶合金在精密加工、機器制造、生物醫療及航空航天等多個領域 都有很好的應用前景。目前，部分塊體非晶合金材料已經實現產業化。在已知塊體非晶合金形成體系中，^ 基塊體非晶合金具有優異的非晶形成能力、 寬的過冷液相區和高強度等特性，有用作工程結構或功能材料的巨大潛力，受到廣泛關注。 其中，Zr-Ti-Cu-Ni-Be和&-Al-Ni_Cu為典型的rLx基塊體非晶體系，最有發展前途。然而， 前者含有有毒元素Be，限制了其實際應用；兩體系中都含有Cu組元，大大降低了非晶合金 在含氯離子環境(如NaCl和鹽酸等)中的耐蝕性。目前，在現有^ 基塊體非晶合金中，尚 無同時兼備超大非晶形成能力、大室溫塑變能力和優異耐蝕性能的高強合金，這大大限制 了 ^ 基非晶合金的應用范圍。針對這一不足，本專利技術在&-Al-Ni三元非晶基礎上，通過適 量Nb的添加，發展出同時具有超大非晶形成能力、高室溫強度和韌性以及強耐蝕性的^ 基 Zr-Al-Ni-Nb塊體非晶新合金。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服目前具有超大非晶形成能力(特指非晶合金的 臨界直徑達厘米量級及以上)的&基合金不兼具足夠室溫強度和塑性及在含氯離子環境 中的高耐蝕能力問題。本專利技術采用的技術解決方案是一種強耐蝕的厘米級^ 基&-Al-Ni-Nb塊體非晶 合金，其特征在于(a)只包括&、Al、Ni和Nb四種常見金屬元素，無貴重金屬和毒性元素。(b) Zr-Al-Ni-Nb 塊體非晶合金的成分通式為 ZrxAlyNizNbm, x+y+z+m = IOOat. %。 其中，&元素的原子百分數χ = M 60at. %,A1元素的原子百分數y = 13 17at. %,Ni元素的原子百分數ζ = 23 27%，Nb元素的原子百分數m = 2 8at. % ;Zr-Al-Ni-Nb 體系中典型塊體非晶合金的成分為&56Al15M25Nb4。(c)本專利技術所涉及的非晶合金，可以通過常規銅模鑄造法制備得到臨界直徑為 12mm以上的非晶合金棒材，其中，Zr56Al15Ni25Nb4非晶合金的臨界直徑可達20mm。(d)在室溫壓縮實驗中，本專利技術所涉及的非晶合金屈服強度可超過1785MI^并 具有大于2%的塑性變形能力，^54Al15Ni25Nb6和^58Al13Ni25Nb4非晶合金的塑性應變約為 3. 5%。(e)室溫下，本專利技術所涉及的非晶合金在3MaSS% NaCl水溶液中的動態電位極化 曲線上出現超過120mv的鈍化電位區間，鈍化電流密度低于6X IO-4AnT2 ；Zr54Al15Ni25Nb6非 晶合金在IN的鹽酸中也有約40mv的鈍化電位區間，鈍化電流密度約為5X 10_4Am_2。實現上述技術方案的構思是以最佳三元非晶成分^6tlAl15Ni25為基點，選擇其附 近的三元合金成分，向其中添加Nb以部分替代Ir組元實現合金化，得到灶-Al-Ni-Nb四 元成分系列，可表示為^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. %。采用高純元素按上述合金成分進行配比，各元素的質量百分比純度為Zr99. 9%, Al 99. 99%,Ni 99. 97%和Nb 99. 9% ；然后利用非自耗電弧熔煉爐對配比的混合物進行多 次熔煉，以得到成分均勻的合金錠；采用單輥甩帶法制備得到尺寸約為0. 02X1. 2mm2的薄 帶，用于非晶合金熱力學性質的測定；用銅模傾鑄(Tilt casting)法，制備直徑為IOmm 25mm的合金棒以評價合金的真實非晶形成能；采用銅模噴鑄法制備直徑為2mm的非晶合金 樣品進行室溫力學性能和耐蝕性能測定。本專利技術的效果和益處是①發展了不含貴重金屬或毒性組元的具有超大非晶形成 能力的^ 基&-Al-Ni-Nb塊體非晶合金形成體系，用常規銅模鑄造法制備出直徑超過12mm 的非晶合金棒，最佳成分的臨界直徑達到20mm ；②開發的塊體非晶合金系列的室溫壓縮塑 性超過2%;③在3MasS%氯化鈉溶液中有較寬的鈍化區間，部分非晶合金在IN鹽酸中也表 現很好的耐蝕性能。以上表明，本專利技術開發的&-Al-Ni-Nb塊體非晶合金系列兼具超大玻 璃形成能力、大室溫塑性和優異耐蝕性能等特性。具體實施例方式以下結合技術方案詳細說明本專利技術的具體實施方式。以下給出制備Ir基灶-Al-Ni-Nb塊體非晶合金的方法，包括配料、熔煉和鑄造等 工藝步驟步驟一配料首先將設計的成分中的各個元素由原子百分比轉換成質量百分比，按照每個合 金總量25克左右計算各個組元的質量，而后用電子天平稱取各組元，質量誤差控制在 士 0. 005% ο步驟二 合金錠的熔煉將按成分配比稱量的&、Al、Ni和Nb的混合料，放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內， 采用非自耗電弧熔煉法在氬氣保護下進行熔煉。因為該合金系中包含難熔合金Nb，需要進 行分步熔煉，即首先熔煉ττ和Nb，做成中間合金，再加入Al和Ni，進行熔煉。每個合金錠4反復熔煉4次，得到化學成分均勻的灶-Al-Ni-Nb合金錠；步驟三薄帶狀非晶樣品的制備將合金錠粉碎成大小適度的不規則塊狀，裝入底部帶有小孔的石英管內，裝入甩 帶機真空室，抽真空后，沖入氬氣，調整銅輥轉數為2500轉/分鐘，啟動高頻感應電源，待合 金熔化后，開啟噴射開關，使熔體在銅輥上激冷，形成條帶。步驟四塊體非晶合金制備將母合金粉碎成大小適度的不規則塊狀，裝入底部帶有小孔的石英管內，裝入真 空室，抽真空后，沖入氬氣，啟動高頻感應電源，電流約為12A，待合金熔化后，開啟噴射開 關，氣壓差可將熔體迅速噴入銅模的樣品腔內，得到直徑為2mm的棒狀樣品。直徑為IOmm 以上的棒狀樣品采用傾斜鑄造(Tilt casting)的方法制備。首先將適量母合金置于銅坩 堝，抽真空后，沖入氬氣，類似母合金制備過程，采取電弧熔煉的方法熔化母合金，然后輕輕 調整整個銅模的角度，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
強耐蝕Ｚｒ－Ａｌ－Ｎｉ－Ｎｂ塊體非晶合金，其特征在于：含Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｉ和Ｎｂ元素，其成分通式為Ｚｒ↓［ｘ］Ａｌ↓［ｙ］Ｎｉ↓［ｚ］Ｎｂ↓［ｍ］，其中，Ｚｒ元素的原子百分數ｘ＝５４～６０ａｔ．％，Ａｌ元素的原子百分數ｙ＝１３～１７ａｔ．％，Ｎｉ元素的原子百分數ｚ＝２３～２７％，Ｎｂ元素的原子百分數ｍ＝２～８ａｔ．％，ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｍ＝１００ａｔ．％。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：羌建兵，張偉，李艷輝，董闖，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：91
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