一种超高初始晶化温度非晶合金及其制备方法与流程

本发明涉及非晶合金及其制备技术领域，更特别地说是指一种超高初始晶化温度非晶合金及其制备方法。

背景技术：

非晶合金(又称金属玻璃)是一类结构中原子排列呈短程有序而长程无序的特点，且化学组分均匀的合金。该类合金的结构中不存在晶界、组织偏析和位错等晶态材料的缺陷，因此，与同成分的晶态材料相比，非晶合金具有独特的力学、物理和化学性能，在航空航天、电力电子、油气勘探与开采等众多领域具有十分重要的潜在应用价值。

然而，非晶合金作为一种亚稳态材料，当温度升高到其初始晶化温度值(tx)时会转变为晶态合金，相应的将失去其非晶态的独特性能而失效。因此，非晶合金的使用温度必须低于其tx。但是，现有大部分非晶合金的tx均不超过550℃(本说明书中非晶合金的相关温度值在未做特殊说明的情况下，均是指升温速度为20℃/分钟时获得的值)，这导致目前该类合金的应用主要还是以常温环境为主，严重限制了其在高温等更广泛条件下的应用。另外，非晶合金的硬度等力学性能的高低通常与其tx的大小成正相关，这也就意味着具有更高tx的非晶合金往往会具有更高的硬度等优异的力学性能。此外，受限于现有大部分非晶合金的tx均不超过550℃，目前人们还难以对非晶合金在更高的温度范围内硬度等主要性能进行系统研究，这进一步制约了非晶合金的发展。

技术实现要素：

本申请提供一种超高初始晶化温度非晶合金及其制备方法，对于突破现有其他大多数非晶合金因具有较低的初始晶化温度而只限于应用在常规环境的束缚、拓展非晶合金在高温等更苛刻环境中的潜在应用具有十分重要的意义。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种超高初始晶化温度非晶合金，其化学式为watabrecosdirerufmogchbi，式中各元素的含量以原子百分比(at.％)计，具体如下：a为10～20，b为10～20，c为10～20，d为10～20，e为1～5，f为1～5，g为1～5，h为5～20，i为5～15，且a+b+c+d+e+f+g+h+i＝100。

进一步的，其化学式为w13ta19re17os19ir4ru4mo4c12b8。

进一步的，其化学式为w16ta16re19os16ir3ru2mo3c13b12。

进一步的，其化学式为w19ta17re19os19ir2ru2mo2c10b10。

一种超高初始晶化温度非晶合金的制备方法，包括下述步骤：

步骤一，配料：按照watabrecosdirerufmogchbi的化学式称取纯原料；

步骤二，熔炼watabrecosdirerufmogchbi母合金锭：将步骤一称量所得的原料放入真空电弧熔炼炉中，调节炉内真空度≤5×10^－3pa，熔炼温度3000℃～4000℃，熔炼时间1～5min，在熔炼条件下炼制1～5遍使原料熔炼均匀，随炉冷却后取出母合金锭；

步骤三：制备watabrecosdirerufmogchbi非晶合金：首先利用快速凝固装置中的感应炉将步骤二制备得到的母合金锭完全熔化，然后通过熔体旋淬法或铜模铸造法将watabrecosdirerufmogchbi熔体快速冷却凝固就可得到watabrecosdirerufmogchbi非晶合金材料。

本发明的有益效果：

1.本发明所涉及的超高初始晶化温度非晶合金，其初始晶化温度值(tx)可达950℃～1070℃，该值比现有大部分非晶合金的tx高约400℃以上；同时，部分该类合金还具有明显的玻璃化转变温度(tg)且可达880℃～920℃、该值比现有大部分非晶合金高约350℃以上；表现出高的热稳定性，可显著提高非晶合金的使用温度，有利于非晶合金在高温下使用。

2.本发明所涉及的超高初始晶化温度非晶合金，具有高的室温维氏显微硬度(hv)；其室温hv在17～25gpa之间，该值不仅比现有大部分非晶合金的hv高约1倍以上，而且部分超过了刚玉等陶瓷材料，可作为室温超硬耐磨涂层材料进一步拓展非晶合金的应用领域。

3.本发明所涉及的超高初始晶化温度非晶合金，具有高的高温hv；在温度约为700℃时其仍然具有约10gpa的维氏显微硬度，而常见的锆基等非晶合金而在该温度下会因发生晶化甚至熔化而失效；可有效保障非晶合金在高温等苛刻条件下性能的稳定性，进而有望突破现有大多数非晶合金因具有较低的初始晶化温度而只限于应用在常规环境的束缚。

4.本发明所涉及的超高初始晶化温度非晶合金，其组元多达9种，有利于在较宽的成分范围内调控该类合金的初始晶化温度、玻璃化转变温度和硬度等性能，有利于获得具有不同性能特点的超高初始晶化温度非晶合金，进而更好的满足实际应用需求。

附图说明

图1为本发明三种实施例的非晶合金成分铸态试样的x射线衍射(xrd)图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附和实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种超高初始晶化温度非晶合金，其化学式为watabrecosdirerufmogchbi，式中各元素的含量以原子百分比(at.％)计，具体如下：a为10～20，b为10～20，c为10～20，d为10～20，e为1～5，f为1～5，g为1～5，h为5～20，i为5～15，且a+b+c+d+e+f+g+h+i＝100。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。

实施例1：

一种超高初始晶化温度非晶合金，具体为w13ta19re17os19ir4ru4mo4c12b8非晶合金，由下述方法制备得到：

步骤一：配料

按成分计算并称取所需的纯度均大于99wt.％的纯w、纯ta、纯re、纯os、纯ir、纯ru、纯mo、纯c和纯b；

步骤二：熔炼母合金锭

将步骤一称量所得的原料放入真空电弧熔炼炉中，调节炉内真空度为1×10^－3pa，熔炼温度为3300℃～3600℃，熔炼时间2min，在熔炼条件下炼制3遍使原料熔炼均匀，随炉冷却后取出母合金锭；

步骤三：制备非晶合金

首先将步骤二制备得到的w13ta19re17os19ir4ru4mo4c12b8合金锭放入快速凝固装置的感应炉中将其完全熔化，然后通过熔体旋淬法得到厚度约为30μm的w13ta19re17os19ir4ru4mo4c12b8合金带材试样；相应的制备参数为，真空度1×10^-2pa，感应电流24～27a，喷铸压力0.06mpa。

将实施例1制得的w13ta19re17os19ir4ru4mo4c12b8铸态合金试样经xrd(如图1所示)、dsc和力学实验的测试与分析，得出：其结构呈单一的非晶态(如图1所示)、玻璃转变温度为887℃、初始晶化温度为968℃、室温维氏显维硬度约为19gpa、在温度约为700℃维氏显维硬度仍然高达约9.5gpa。

实施例2：

一种超高初始晶化温度非晶合金，具体为w16ta16re19os16ir3ru2mo3c13b12非晶合金，由下述方法制备得到：

步骤一：配料

按成分计算并称取所需的纯度均大于99wt.％的纯w、纯ta、纯re、纯os、纯ir、纯ru、纯mo、纯c和纯b；

步骤二：熔炼母合金锭

将步骤一称量所得的原料放入真空电弧熔炼炉中，调节炉内真空度为1×10^－3pa，熔炼温度为3400℃～3700℃，熔炼时间2min，在熔炼条件下炼制3遍使原料熔炼均匀，随炉冷却后取出母合金锭；

步骤三：制备块体非晶合金

首先将步骤二制备得到的w16ta16re19os16ir3ru2mo3c13b12合金锭放入快速凝固装置的感应炉中将其完全熔化，然后通过熔体旋淬法得到厚度约为30μm的w16ta16re19os16ir3ru2mo3c13b12合金棒材试样；相应的制备参数为，真空度1×10^-2pa，感应电流25～27a，喷铸压力0.06mpa。

将实施例2制得的w16ta16re19os16ir3ru2mo3c13b12铸态合金试样经xrd(如图1所示)、dsc和力学实验的测试与分析，得出：其结构呈单一的非晶态(如图1所示)、玻璃转变温度为902℃、初始晶化温度为993℃、室温维氏显维硬度约为21.2gpa、在温度约为700℃维氏显维硬度仍然高达约9.7gpa。

选择实施例2作为本发明的最佳实施例。

实施例3：

一种超高初始晶化温度非晶合金，具体为w19ta17re19os19ir2ru2mo2c10b10非晶合金，由下述方法制备得到：

步骤一：配料

按成分计算并称取所需的纯度均大于99wt.％的纯w、纯ta、纯re、纯os、纯ir、纯ru、纯mo、纯c和纯b；

步骤二：熔炼母合金锭

将步骤一称量所得的原料放入真空电弧熔炼炉中，调节炉内真空度为1×10^－3pa，熔炼温度为3500℃～3800℃，熔炼时间2min，在熔炼条件下炼制3遍使原料熔炼均匀，随炉冷却后取出母合金锭；

步骤三：制备非晶合金

首先将步骤二制备得到的w19ta17re19os19ir2ru2mo2c10b10合金锭放入快速凝固装置的感应炉中将其完全熔化，然后通过熔体旋淬法得到厚度约为30μm的w19ta17re19os19ir2ru2mo2c10b10合金带材试样；相应的制备参数为，真空度1×10^-2pa，感应电流25～28a，喷铸压力0.06mpa。

将实施例1制得的w19ta17re19os19ir2ru2mo2c10b10铸态合金试样经xrd(如图1所示)、dsc和力学实验的测试与分析，得出：其结构呈单一的非晶态(如图1所示)、初始晶化温度为1030℃、室温维氏显维硬度约为22.8gpa、在温度约为700℃硬度仍然高达约10.1gpa。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。