高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属玻璃及制备方法，具体涉及一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃 及制备方法。
【背景技术】
[0002] 金属玻璃（Metaliic Glass，MG)又称为非晶合金（Amorphous Alloy)，它是由合 金熔体连续快速冷却得到，并具有金属和玻璃特性的一类固体材料。块体金属玻璃（Bulk Metaliic Glass，BMG)通常是指三维尺寸都在毫米以上的金属玻璃。
[0003] 非晶合金原子结构具有长程无序、短程有序的特点，不具备传统晶体材料中的位 错等缺陷。这使其表现出许多优异的力学性能，如超高强度和断裂韧性、高硬度、低弹性模 量、独特的形变和断裂行为等。块体金属玻璃是迄今为止发现的最强、最硬、最软和最韧的 金属结构材料。基于这些优异的性质，非晶态合金在航空航天、兵器工业、精密仪器和生物 医疗等方面都有广阔的应用前景，具有很高的科学价值和应用价值，因此近年来引起了人 们的广泛关注。
【发明内容】
[0004] 要解决的技术问题
[0005] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃 及制备方法，解决Zn由于熔炼时具有高挥发性，需要不断调配成分比例并寻找理想的铸造 参数的问题。
[0006] 技术方案
[0007] -种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃，其特征在于：金属玻璃的原子特征配比为
[0008] 所述各成分金属的纯度大于99. 99%。
[0009] -种所述高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0010] 步骤1 :按照块体Cu-Zr-Zn金属玻璃合金的原子特征配比Cu50Zr5。，称取各成分金 属并放置于电弧炉水冷坩埚中
[0011] 步骤2 :将电弧炉抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充纯度为99. 999 %的Ar气至一个 大气压；
[0012] 步骤3 :开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，使用 机械手对样品进行翻转，重新熔融，重复3-4次使合金混合均匀得到Cu 5(]Zr5。母合金；
[0013] 步骤4 :将母合金去除表面氧化皮，以Cu5tiZr5。母合金与高纯Zn按原子特征配比 Cu43Zr43Zn14 进行配料；
[0014] 步骤5 :将配制好的CuMZr5。母合金与高纯Zn放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉 中的石英试管中；
[0015] 步骤6 :将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充纯度为 99. 999 %的Ar气至一个大气压；
[0016] 步骤7 :开启感应电源进行熔炼，当熔体融化充分至橙红色时，关闭电源；冷却至 室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；再次重复本过程；
[0017] 步骤8 :感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到块状 Cu43Zr43Zn14 金属玻璃。
[0018] 所述步骤8得到的块状Cu43Zr43Zn14金属玻璃的直径为2mm。
[0019] 有益效果
[0020] 本发明提出的一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃及制备方法，Cu-Zr-Zn金属玻 璃的原子特征配比为Cu43Zr43Zn14，采用了快速凝固制备方法制得的Cu 43Zr43Zn14金属玻璃具 有较高屈服强度（1815± IOMPa)、断裂强度（1840MPa± IOMPa)、大的弹性极限以及塑性应 变（0· 1±0· 02)。
【附图说明】
[0021] 图1，为Cu43Zr43Zn14金属玻璃的光镜图（OM);
[0022] 图2,为Cu43Zr43Zn14金属玻璃的XRD衍射图；
[0023] 图3,为Cu43Zr43Zn1^属玻璃的室温力学压缩应力应变曲线图。
【具体实施方式】
[0024] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0025] 实施例1 :
[0026] 步骤1 :制备Cu43Zr43Zn14样品5g，则称取纯Cu I. 8047g，纯Zr 2. 5907g，配比好至 于打磨干净的水冷坩埚中；
[0027] 步骤2 :将电弧炉抽至真空度5 X IO5Pa,然后反充纯度为99. 999 %的Ar气至一个 大气压；
[0028] 步骤3 :开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，将合金锭进行翻转，重 新恪融，重复3次使合金混合均勾得到Cu5tiZr 5。母合金；
[0029] 步骤4 :将母合金去除表面氧化皮敲碎，称取纯Zn 0. 6046g，将其混合；
[0030] 步骤5 :放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；
[0031] 步骤6 :将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充纯度为 99. 999 %的Ar气至一个大气压；
[0032] 步骤7 :开启感应电源，充分熔炼。冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于 石英管内；再次重复本过程；
[0033] 步骤8 :感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到直径为2_ 的Cu43Zr43Zn14金属玻璃。
[0034] 实施例2 :
[0035] 步骤1 :制备Cu43Zr43Zn14样品5g，则称取纯Cu I. 8047g，纯Zr 2. 5907g，配比好至 于打磨干净的水冷坩埚中；
[0036] 步骤2 :将电弧炉抽至真空度5 X IO5Pa,然后反充纯度为99. 999 %的Ar气至一个 大气压；
[0037] 步骤3 :开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，将合金锭进行翻转，重 新熔融，重复4次使合金混合均匀得到Cu5(]Zr 5。母合金；
[0038] 步骤4 :将母合金去除表面氧化皮敲碎，称取纯Zn 0. 6046g，将其混合；
[0039] 步骤5 :放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；
[0040] 步骤6 :将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5 X 10 5Pa，然后反充纯度为 99. 999 %的Ar气至一个大气压；
[0041] 步骤7 :开启感应电源，充分熔炼。冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于 石英管内；再次重复本过程；
[0042] 步骤8 :感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到直径为2_ 的Cu43Zr43Zn 14金属玻璃。
[0043] 本发明高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃的的力学性能参数如下表
【主权项】
1. 一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃，其特征在于：金属玻璃的原子特征配比为2. 根据权利要求1所述高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃，其特征在于：所述各成分金属 的纯度大于99. 99%。3. -种权利要求1或2所述高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃的制备方法，其特征在于步 骤如下： 步骤1 :按照块体Cu-Zr-Zn金属玻璃合金的原子特征配比Cu5QZr5。，称取各成分金属并 放置于电弧炉水冷坩埚中 步骤2 :将电弧炉抽至真空度5X10 5Pa，然后反充纯度为99. 999%的Ar气至一个大气 压； 步骤3 :开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，将合金锭 进行翻转，重新熔融，重复3-4次使合金混合均匀得到CuMZr5。母合金； 步骤4 :将母合金去除表面氧化皮，以CuMZr5。母合金与高纯Zn按原子特征配比Cu43Zr43Zn14 进行配料； 步骤5 :将配制好的Cu5(]Zr5。母合金与高纯Zn放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的 石英试管中； 步骤6 :将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5X10 5Pa，然后反充纯度为 99. 999 %的Ar气至一个大气压； 步骤7 :开启感应电源进行熔炼，当熔体融化充分至橙红色时，关闭电源；冷却至室温 取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；再次重复本过程； 步骤8 :感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到块状Cu43Zr43Zn14 金属玻璃。4. 根据权利要求3所述高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃的制备方法，其特征在于：所述 步骤8得到的块状Cu43Zr43Zn14金属玻璃的直径为2mm。
【专利摘要】本发明涉及一种高强度块体Cu-Zr-Zn金属玻璃及制备方法，Cu-Zr-Zn金属玻璃的原子特征配比为Cu43Zr43Zn14，采用了快速凝固制备方法制得的Cu43Zr43Zn14金属玻璃具有较高屈服强度(1815±10MPa)、断裂强度(1840MPa±10MPa)、大的弹性极限以及塑性应变(0.1±0.02)。
【IPC分类】C22C45/10, C22C1/03
【公开号】CN105401104
【申请号】CN201510788645
【发明人】曹崇德, 吴点宇, 宋凯凯, 白晓军
【申请人】西北工业大学, 山东大学（威海）
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月17日