专利名称：具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明属于高性能金属材料技术领域，具体涉及一种耐蚀性铁基块体金属玻璃及其制备方法。
背景技术：
块体金属玻璃是上世纪80年代末、90年代初发展起来的一类新型亚稳材料。金属玻璃长程无序的原子结构使得其在诸多方面具有比传统晶态材料更优异的力学、物理及化学性能，在未来的机械，电子，化工，航空航天和军事领域等有着良好的应用前景。在金属玻璃众多体系中，铁基块体金属玻璃具有较高的强度，较低的制备成本，良好的软磁性能和耐蚀性等优点。然而，当前制备铁基块体金属玻璃采用的原材料通常为昂 贵的高纯金属和类金属，且玻璃形成能力有限。此外，基于铁基金属玻璃研发的耐蚀性非晶涂层，在可选择的成分范围上依然有限，严重地影响了铁基块体金属玻璃的研制和推广应用。因此，制备出低成本、大尺寸兼具良好耐蚀性的铁基块体金属玻璃，具有十分重要的学术意义和应用价值。目前，国内外在如何提高铁基块体金属玻璃形成能力方面进行了大量研究，并取得了很多重要进展。Lu 等(Lu Z P, Liu C T, Thompson J R et al. Structureamorphous steels. Physical Review Letters, 2004, 92: 2455031), Ponnambalam等(Ponnambalam V, Poon S J. Fe-based bulk metallic glasses with diameterthickness larger than one centimeter. Journal of Materials Research, 2004, 19:1320)独立发现稀土元素能够明显改善铁基合金的玻璃形成能力，采用水冷铜模铸造技术，分别制备出临界尺寸达到 12 mm 的(Fe443Cr5Co5Mo12. Wnlh2(^A9)Y1. JPFe48Cr15Mo14C15B6Er2块体金属玻璃；然而，其原材料中多采用价格昂贵的高纯晶体硼B或稀土饵Er。随后，哈尔滨工业大学沈军等人(Shen J, Chen Q J, Sun J F et al. Exceptionally highglass-forming ability of an FeCoCrMoCBY alloy. Applied Physics Letters, 2005,86: 1519071)采用适量的钴替换铁，获得了直径为16mm的Fe41Co7 Cr15Mo14Y2C15B6块体金属玻璃；然而，该合金中含有较高含量的稀缺战略金属钴Co。在获得这些厘米级铁基块体金属玻璃的同时，无形中增加了合金的制备成本。近来，Ni等(H. S. Ni, X. H. Liu, X. C. Chang, ff. L. Hou, ff. Liu, J. Q. Wang.High performance amorphous steel coating prepared by HVOF thermal spraying,Journal of Alloys and Compounds, 2009, 467: 163)研究发现,这些厘米级的铁基金属玻璃在酸碱盐溶液中，表现出良好的耐腐蚀性能，在设计非晶涂层方面展现了良好的应用前景。然而，针对当前日益严重的酸雨污染以及海水腐蚀等恶劣环境下的研究，还相对匮乏。因此，开发出高玻璃形成能力、低成本兼具良好腐蚀性能的铁基块体金属玻璃是非常有必要的
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃及其制备方法，该铁基块体金属玻璃在模拟酸雨和海水介质中，具有优良的耐蚀性能。本发明公开了一种具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃，所述铁基块体金属玻璃的化学分子式为FeaCobCreModCeBfYg,其中a、b、C、d、e、f > g为原子百分比,43 < a < 48,4· 5 ≤ b ≤ 5，c=16. 5，13 ≤ d ≤ 16. 5，14 ≤ e ≤ 15. 5，0· 4 ≤ f≤4，1. 5 ≤ g ≤ 2，并且a+b+c+d+e+f+g = 100。本发明还公开了上述铁基块体金属玻璃的制备方法，包括以下步骤
1)按原子百分比称取原料；
2)将配置的原料在惰性气体保护气氛下进行熔炼，得到化学成分均匀的母合金铸锭；
3)将该母合金浇铸至铜模型腔中，得到铁基块体金属玻璃。进一步，所述步骤I)中，原料为工业纯铁、工业纯钴、工业纯铬、工业纯钥、工业铁硼合金、稀土钇及石墨。进一步，所述步骤2)中，配置的原料是放在真空电弧炉中在氩气保护气氛下熔炼7 10次。进一步，所述步骤3)中，得到的铁基块体金属玻璃为直径至少10 mm的金属玻璃圆棒，其长度为30mm以上。本发明的有益效果在于本发明提供的铁基块体金属玻璃，在模拟酸雨和海水介质中，展现了低的钝化电流密度和宽的钝化区间，具有良好的耐蚀性能；另外，本发明采用工业纯铁、工业铁硼合金等低成本的工业纯原料，原材料价格十分低廉，解决了当前提高铁基块体金属玻璃形成能力而多采用昂贵的高纯合金元素的缺点，进一步降低了生产成本。本发明提供的具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃将在结构材料、耐蚀性涂层的成分设计等领域中具有广泛的应用前景。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1为实施例1的铁基块体金属玻璃的X射线衍射图2为实施例1的铁基块体金属玻璃在模拟酸雨中的动电位极化曲线；
图3为实施例1的铁基块体金属玻璃在模拟海水中的动电位极化曲线；
图4为实施例2的铁基块体金属玻璃在模拟海水中的动电位极化曲线。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例1
本实施例的具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃，其化学分子式为FeaC0bCrcModCeBfYg,其中 a、b、C、d、e、f、g 为原子百分比，a=43, b=4. 5, c=16. 5, d=16. 5, e=14, f=4, g=l. 5,并且a+b+c+d+e+f+g = 100。本实施例的铁基块体金属玻璃的制备方法，包括以下步骤
I)按原子百分比称取原料；原料为工业纯铁、工业纯钴、工业纯铬、工业纯钥、工业铁硼合金、稀土乾及石墨；
2)将配置的原料放在真空电弧炉中在氩气保护气氛下熔炼8次，得到化学成分均匀的母合金铸锭；
3)将该母合金通过自身重力浇铸至铜模型腔中，得到铁基块体金属玻璃。所述步骤3)中，得到的铁基块体金属玻璃为直径至少10 mm的金属玻璃圆棒，其长度为30_以上。图1为本实施例的铁基块体金属玻璃的X射线衍射图，如图1所示,合金显示出非晶合金所特有的漫散射峰，表明本实施例的铁基块体金属玻璃的非晶态结构。图2为本实施例的铁基块体金属玻璃在模拟酸雨中 的动电位极化曲线，展现了低的钝化电流密度和宽的钝化区间，表明其具有良好的耐腐蚀性能，优于传统的316L不锈钢。图3为本实施例的铁基块体金属玻璃在模拟海水中的动电位极化曲线，展现了低的钝化电流密度和宽的钝化区间，表明其具有良好的耐腐蚀性能，优于传统的316L不锈钢。实施例2
本实施例的具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃，其化学分子式为FeaC0bCrcModCeBfYg,其中 a、b、C、d、e、f、g 为原子百分比，a=48, b=5, c=16. 5, d=13, e=15. 3, f=0. 4, g=l. 8,并且a+b+c+d+e+f+g = 100。本实施例的铁基块体金属玻璃的制备方法，包括以下步骤
1)按原子百分比称取原料；原料为工业纯铁、工业纯钴、工业纯铬、工业纯钥、工业铁硼合金、稀土乾及石墨；
2)将配置的原料放在真空电弧炉中在氩气保护气氛下熔炼7次，得到化学成分均匀的母合金铸锭；
3)将该母合金通过自身重力浇铸至铜模型腔中，得到铁基块体金属玻璃。所述步骤3)中，得到的铁基块体金属玻璃为直径至少10 mm的金属玻璃圆棒，其长度为30_以上。图4为本实施例的铁基块体金属玻璃在模拟海水中的动电位极化曲线，展现了低的钝化电流密度和宽的钝化区间，表明其具有良好的耐腐蚀性能，优于传统的316L不锈钢。本发明提供的铁基块体金属玻璃，在模拟酸雨和海水介质中，展现了低的钝化电流密度和宽的钝化区间，具有良好的耐蚀性能；另外，本发明采用工业纯铁、工业铁硼合金等低成本的工业纯原料，原材料价格十分低廉，解决了当前提高铁基块体金属玻璃形成能力而多采用昂贵的高纯合金元素的缺点，进一步降低了生产成本。本发明提供的具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃将在结构材料、耐蚀性涂层的成分设计等领域中具有广泛的应用前景。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃，其特征在于所述铁基块体金属玻璃的化学分子式为FeaCobCreModCeBfYg,其中a、b、C、d、e、f、g为原子百分比,43 < a < 48,4· 5 彡 b 彡 5，c=16. 5，13 彡 d 彡 16. 5，14 彡 e 彡 15. 5，0· 4 彡 f 彡 4，1. 5 彡 g 彡 2，并且a+b+c+d+e+f+g = 100。
2.权利要求1所述的铁基块体金属玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)按原子百分比称取原料； 2)将配置的原料在惰性气体保护气氛下进行熔炼，得到化学成分均匀的母合金铸锭； 3)将该母合金浇铸至铜模型腔中，得到铁基块体金属玻璃。
3.根据权利要求2所述的铁基块体金属玻璃的制备方法，其特征在于所述步骤I)中，原料为工业纯铁、工业纯钴、工业纯铬、工业纯钥、工业铁硼合金、稀土钇及石墨。
4.根据权利要求2所述的铁基块体金属玻璃的制备方法，其特征在于所述步骤2)中，配置的原料是放在真空电弧炉中在氩气保护气氛下熔炼7 10次。
5.根据权利要求2所述的铁基块体金属玻璃的制备方法，其特征在于所述步骤3)中，得到的铁基块体金属玻璃为直径至少10 mm的金属玻璃圆棒，其长度为30mm以上。
全文摘要
本发明公开了一种具有优良耐蚀性的铁基块体金属玻璃及其制备方法；所述铁基块体金属玻璃的化学分子式为FeaCobCrcModCeBfYg，其中a、b、c、d、e、f、g为原子百分比，43≤a≤48，4.5≤b≤5，c=16.5，13≤d≤16.5，14≤e≤15.5，0.4≤f≤4，1.5≤g≤2，并且a+b+c+d+e+f+g＝100；其制备方法为1)按原子百分比称取原料；2)将配置的原料在惰性气体保护气氛下进行熔炼，得到化学成分均匀的母合金铸锭；3)将该母合金浇铸至铜模型腔中，得到铁基块体金属玻璃。本发明的铁基块体金属玻璃具有较低的制备成本及在模拟酸雨和海水介质中展现出良好的抗腐蚀性能。
文档编号C22C45/02GK103014566SQ201210561229
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者郭胜锋, 张红菊, 王敬丰 申请人:西南大学