高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬玻璃及制備方法，具體涉及一種高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃 及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬玻璃（Metaliic Glass，MG)又稱為非晶合金（Amorphous Alloy)，它是由合 金熔體連續(xù)快速冷卻得到，并具有金屬和玻璃特性的一類固體材料。塊體金屬玻璃（Bulk Metaliic Glass，BMG)通常是指三維尺寸都在毫米以上的金屬玻璃。
[0003] 非晶合金原子結(jié)構(gòu)具有長程無序、短程有序的特點，不具備傳統(tǒng)晶體材料中的位 錯等缺陷。這使其表現(xiàn)出許多優(yōu)異的力學(xué)性能，如超高強度和斷裂韌性、高硬度、低彈性模 量、獨特的形變和斷裂行為等。塊體金屬玻璃是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強、最硬、最軟和最韌的 金屬結(jié)構(gòu)材料。基于這些優(yōu)異的性質(zhì)，非晶態(tài)合金在航空航天、兵器工業(yè)、精密儀器和生物 醫(yī)療等方面都有廣闊的應(yīng)用前景，具有很高的科學(xué)價值和應(yīng)用價值，因此近年來引起了人 們的廣泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題
[0005] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃 及制備方法，解決Zn由于熔煉時具有高揮發(fā)性，需要不斷調(diào)配成分比例并尋找理想的鑄造 參數(shù)的問題。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] -種高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃，其特征在于：金屬玻璃的原子特征配比為
[0008] 所述各成分金屬的純度大于99. 99%。
[0009] -種所述高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃的制備方法，其特征在于步驟如下：
[0010] 步驟1 :按照塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃合金的原子特征配比Cu50Zr5。，稱取各成分金 屬并放置于電弧爐水冷坩堝中
[0011] 步驟2 :將電弧爐抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充純度為99. 999 %的Ar氣至一個 大氣壓；
[0012] 步驟3 :開啟電弧爐加熱至步驟1所配制的合金熔點以上，待合金錠冷卻后，使用 機械手對樣品進行翻轉(zhuǎn)，重新熔融，重復(fù)3-4次使合金混合均勻得到Cu 5(]Zr5。母合金；
[0013] 步驟4 :將母合金去除表面氧化皮，以Cu5tiZr5。母合金與高純Zn按原子特征配比 Cu43Zr43Zn14 進行配料；
[0014] 步驟5 :將配制好的CuMZr5。母合金與高純Zn放入高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐 中的石英試管中；
[0015] 步驟6 :將高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充純度為 99. 999 %的Ar氣至一個大氣壓；
[0016] 步驟7 :開啟感應(yīng)電源進行熔煉，當(dāng)熔體融化充分至橙紅色時，關(guān)閉電源；冷卻至 室溫取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管內(nèi)；再次重復(fù)本過程；
[0017] 步驟8 :感應(yīng)熔煉充分后，將熔體經(jīng)石英管管小孔吹鑄至水冷銅模得到塊狀 Cu43Zr43Zn14 金屬玻璃。
[0018] 所述步驟8得到的塊狀Cu43Zr43Zn14金屬玻璃的直徑為2mm。
[0019] 有益效果
[0020] 本發(fā)明提出的一種高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃及制備方法，Cu-Zr-Zn金屬玻 璃的原子特征配比為Cu43Zr43Zn14，采用了快速凝固制備方法制得的Cu 43Zr43Zn14金屬玻璃具 有較高屈服強度（1815± IOMPa)、斷裂強度（1840MPa± IOMPa)、大的彈性極限以及塑性應(yīng) 變（0· 1±0· 02)。
【附圖說明】
[0021] 圖1，為Cu43Zr43Zn14金屬玻璃的光鏡圖（OM);
[0022] 圖2,為Cu43Zr43Zn14金屬玻璃的XRD衍射圖；
[0023] 圖3,為Cu43Zr43Zn1^屬玻璃的室溫力學(xué)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
【具體實施方式】
[0024] 現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：
[0025] 實施例1 :
[0026] 步驟1 :制備Cu43Zr43Zn14樣品5g，則稱取純Cu I. 8047g，純Zr 2. 5907g，配比好至 于打磨干凈的水冷坩堝中；
[0027] 步驟2 :將電弧爐抽至真空度5 X IO5Pa,然后反充純度為99. 999 %的Ar氣至一個 大氣壓；
[0028] 步驟3 :開啟電弧爐加熱至步驟1所配制的合金熔點以上，將合金錠進行翻轉(zhuǎn)，重 新恪融，重復(fù)3次使合金混合均勾得到Cu5tiZr 5。母合金；
[0029] 步驟4 :將母合金去除表面氧化皮敲碎，稱取純Zn 0. 6046g，將其混合；
[0030] 步驟5 :放入高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐中的石英試管中；
[0031] 步驟6 :將高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充純度為 99. 999 %的Ar氣至一個大氣壓；
[0032] 步驟7 :開啟感應(yīng)電源，充分熔煉。冷卻至室溫取出，去除氧化皮后敲碎重新置于 石英管內(nèi)；再次重復(fù)本過程；
[0033] 步驟8 :感應(yīng)熔煉充分后，將熔體經(jīng)石英管管小孔吹鑄至水冷銅模得到直徑為2_ 的Cu43Zr43Zn14金屬玻璃。
[0034] 實施例2 :
[0035] 步驟1 :制備Cu43Zr43Zn14樣品5g，則稱取純Cu I. 8047g，純Zr 2. 5907g，配比好至 于打磨干凈的水冷坩堝中；
[0036] 步驟2 :將電弧爐抽至真空度5 X IO5Pa,然后反充純度為99. 999 %的Ar氣至一個 大氣壓；
[0037] 步驟3 :開啟電弧爐加熱至步驟1所配制的合金熔點以上，將合金錠進行翻轉(zhuǎn)，重 新熔融，重復(fù)4次使合金混合均勻得到Cu5(]Zr 5。母合金；
[0038] 步驟4 :將母合金去除表面氧化皮敲碎，稱取純Zn 0. 6046g，將其混合；
[0039] 步驟5 :放入高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐中的石英試管中；
[0040] 步驟6 :將高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充純度為 99. 999 %的Ar氣至一個大氣壓；
[0041] 步驟7 :開啟感應(yīng)電源，充分熔煉。冷卻至室溫取出，去除氧化皮后敲碎重新置于 石英管內(nèi)；再次重復(fù)本過程；
[0042] 步驟8 :感應(yīng)熔煉充分后，將熔體經(jīng)石英管管小孔吹鑄至水冷銅模得到直徑為2_ 的Cu43Zr43Zn 14金屬玻璃。
[0043] 本發(fā)明高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃的的力學(xué)性能參數(shù)如下表
【主權(quán)項】
1. 一種高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃，其特征在于：金屬玻璃的原子特征配比為2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃，其特征在于：所述各成分金屬 的純度大于99. 99%。3. -種權(quán)利要求1或2所述高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃的制備方法，其特征在于步 驟如下： 步驟1 :按照塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃合金的原子特征配比Cu5QZr5。，稱取各成分金屬并 放置于電弧爐水冷坩堝中 步驟2 :將電弧爐抽至真空度5X10 5Pa，然后反充純度為99. 999%的Ar氣至一個大氣 壓； 步驟3 :開啟電弧爐加熱至步驟1所配制的合金熔點以上，待合金錠冷卻后，將合金錠 進行翻轉(zhuǎn)，重新熔融，重復(fù)3-4次使合金混合均勻得到CuMZr5。母合金； 步驟4 :將母合金去除表面氧化皮，以CuMZr5。母合金與高純Zn按原子特征配比Cu43Zr43Zn14 進行配料； 步驟5 :將配制好的Cu5(]Zr5。母合金與高純Zn放入高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐中的 石英試管中； 步驟6 :將高真空高頻感應(yīng)熔煉-吹鑄爐抽至真空度5X10 5Pa，然后反充純度為 99. 999 %的Ar氣至一個大氣壓； 步驟7 :開啟感應(yīng)電源進行熔煉，當(dāng)熔體融化充分至橙紅色時，關(guān)閉電源；冷卻至室溫 取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管內(nèi)；再次重復(fù)本過程； 步驟8 :感應(yīng)熔煉充分后，將熔體經(jīng)石英管管小孔吹鑄至水冷銅模得到塊狀Cu43Zr43Zn14 金屬玻璃。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃的制備方法，其特征在于：所述 步驟8得到的塊狀Cu43Zr43Zn14金屬玻璃的直徑為2mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強度塊體Cu-Zr-Zn金屬玻璃及制備方法，Cu-Zr-Zn金屬玻璃的原子特征配比為Cu43Zr43Zn14，采用了快速凝固制備方法制得的Cu43Zr43Zn14金屬玻璃具有較高屈服強度(1815±10MPa)、斷裂強度(1840MPa±10MPa)、大的彈性極限以及塑性應(yīng)變(0.1±0.02)。
【IPC分類】C22C45/10, C22C1/03
【公開號】CN105401104
【申請?zhí)枴緾N201510788645
【發(fā)明人】曹崇德, 吳點宇, 宋凱凱, 白曉軍
【申請人】西北工業(yè)大學(xué), 山東大學(xué)（威海）
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月17日