一種Zr-Cu-Ni-Al-Ag-Y塊狀非晶合金及其製備方法和應用的製作方法
2023-05-12 22:17:01 2
一種Zr-Cu-Ni-Al-Ag-Y塊狀非晶合金及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種Zr-Cu-Ni-Al-Ag-Y塊狀非晶合金及其製備方法和應用，屬於Zr基塊狀非晶合金【技術領域】。合金的成分範圍為：Zr41-63％，Cu18-46％，Ni1.5-12.5％，Al4-15％，Ag0.01-5％，Y0.01-5％。本發明採取電弧熔煉的方法製備出母合金錠，然後採用銅模澆鑄的方法，製備出不同直徑的非晶棒。由於該合金擁有較強的非晶形成能力、良好的力學性能、較好的抗菌性能以及優異的可製造能力，具有極好的應用前景，可應用於消費電子產品、醫療衛生、廚房潔具、交通運輸等領域中需要抗菌材料的部件。
【專利說明】—種Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及Zr基塊狀非晶合金【技術領域】，具體涉及一種具有高非晶形成能力及優異抗菌性能的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]非晶合金由於其諸多的優異性能而受到了很大的關注，在過去的幾十年中，在各方面都取得了長足的進步，研究者在La、Mg、Zr、Cu基等不同的合金體系中都獲得了尺寸達到釐米級的非晶合金成分，其中，Zr基非晶合金由於其極高的非晶形成能力和優異的綜合性能受到了廣泛的應用。迄今為止，Zr基非晶合金的合金成分體系很多，但是1994年美國的Johnson小組開發的Zr-T1-Cu-N1-Be體系的合金最為成功，臨界冷速甚至可以達到IK/s,從而使得塊體非晶合金的工程應用成為可能。但是該體系中由於有毒元素Be元素的存在，使得該合金的廣泛應用受到了限制。為此，研究者相繼開發出另外兩種Zr基非晶合金體系=Zr-T1-Cu-N1-Al與Zr-Nb-Cu-N1-Al，合金的非晶形成能力降低了很多，僅可製備出12-14mm的非晶圓棒。而日本的Inoue研究小組開發出Zr-Al-N1-Cu合金體系,非晶合金的形成尺寸可以達到30mm。
[0003]對於Zr基非晶合金的研究，研究者主要集中於合金形成非晶的尺寸，往往忽略了合金的功能性和實際應用過程中的成本和使役環境。為此，開發具有自主智慧財產權，非晶形成條件不苛刻(在低真空條件下，氧含量較低)、低成本、並具有一定功能性的非晶合金成分具有極大的理論和應用 價值。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種具有高非晶形成能力、良好的可製造能力並具有抗菌功能的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金及其製備方法和應用，該合金通過向四元合金Zr-Cu-N1-Al中同時添加Ag元素和稀土元素Y，通過Ag元素和Y元素共同的強交互作用，阻礙合金凝固過程中原子的擴散，減緩合金凝固過程中晶態相的析出，獲得具有高非晶形成能力、優異抗菌性能、良好的可製造能力，在低真空條件下可以重複澆鑄的Zr-Cu-N1-A1-Ag-Y非晶合金體系。
[0005]本發明的技術方案是:
[0006]一種Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金，按原子百分比計，合金的成分範圍為:Zr41-63%, Cul8-46%, Nil.5-12.5% , A14-15%, Ag0.01-5%, Y0.01_5%。
[0007]按原子百分比計，優選的合金成分範圍為:Zr49-55%，Cu28-36 %, A14-10%,Ν?2-7 %，Ag0.02-1.45 %，Υ0.05-3 %。
[0008]所述非晶合金的最大形成尺寸大於20mm，特徵熱力學參數為:玻璃轉變溫度Tg:405-420 0C，過冷液相區 Λ T=30-70°C，初始熔化溫度 Tm=707_793°C。
[0009]所述非晶合金的力學性能指標為:壓縮斷裂強度:1.0-1.9GPa。[0010]所述非晶合金具有抗菌性能和良好的可製造能力，重複澆鑄四次以後，所獲得樣品仍為純非晶結構。
[0011]本發明Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金通過以下方法製備:以工業級純度的金屬Zr、Cu、N1、Al、Ag和Y為原料，首先在氬氣保護下通過電弧熔煉或者感應熔煉的方法製備所需成分的母合金錠，然後通過銅模澆鑄方法獲得所述非晶合金，銅模澆鑄方法工藝參數為:真空度KT1~l(T2Pa，溫度980~1400°C，冷卻速度10~102K/s。
[0012]本發明的優點如下:
[0013]1、本發明是在四元合金Zr-Cu-N1-Al的基礎上，同時引入Ag元素和稀土元素Y,獲得的新型Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y非晶合金體系。通過Ag元素和Y元素共同的強交互作用，阻礙合金凝固過程中原子的擴散，減緩合金凝固過程中晶態相的析出，使得Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y合金具有高的非晶形成能力，形成非晶的最大尺寸大於20mm，同時，該非晶合金亦具有抗菌性能，對大腸桿菌的殺菌率≥99.9%。
[0014]2、本發明Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y非晶合金體系中，由於Y元素的添加，在與Ag等其他元素相配合的情況下，使得合金熔煉過程中熔體中的氧元素浮於合金熔體表面，合金熔體得以淨化，進而使得同一塊狀非晶合金原料在低真空度下(真空度KT1~10_2Pa)經過多次澆鑄後，仍然具有很高的非晶形成能力。這能夠更好滿足批量化生產工藝，對於非晶合金的應用具有極高的推動作用。
[0015]3、本發明Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y非晶合金具有好的力學性能，其壓縮斷裂強度:
1.0-1.9GPa。
[0016]4、本發明中的新型Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y非晶合金體系中主要元素如Zr、Cu、Ni等都採用工業級純度原材料，製造成本低廉。
[0017]5、本發明中的Zr基非晶合金可應用於消費電子產品、醫療衛生、廚房潔具、交通運輸等領域中需要抗菌材料的部件，具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0018]圖1為非晶合金DSC曲線。
[0019]圖2為非晶合金XRD衍射圖譜。
[0020]圖3為非晶合金壓縮曲線。
[0021]圖4為實施例1非晶合金重複澆鑄後的XRD衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0022]以下通過實施例詳述本發明，以下實施例中所得非晶態合金抗菌性能的檢測方法，採用覆膜法(參照Jis Z2801-2000)分析非晶態合金對常見大腸桿菌ATCC25922作用後的殺菌率，菌液濃度為4.2X105cfu/mL.以下實施例及對比例中對應的合金成分如表1所
/Jn ο
[0023]表1.樣品編號及對應合金成分(at.%)樣品編號合金成分(at.%)
【權利要求】
1.一種Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金，其特徵在於:按原子百分比計，合金的成分範圍為:Zr41-63%, Cul8-46%, Nil.5-12.5%, A14-15%, Ag0.01-5%, Y0.01_5%。
2.按照權利要求1所述的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金，其特徵在於:按原子百分比計，合金成分範圍為:Zr49-55%, Cu28-36 %, A14-10%, Ni2-7%, Ag0.02-1.45%,Υ0.05-3%。
3.按照權利要求1所述的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金，其特徵在於:所述非晶合金的最大形成尺寸大於20mm，特徵熱力學參數如下: 玻璃轉變溫度Tg:405-420 0C，過冷液相區Λ T=30-70°C，初始熔化溫度Tm=707_793°C。
4.按照權利要求1所述的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金，其特徵在於:所述非晶合金的力學性能指標為:壓縮斷裂強度:1.0-1.9GPa。
5.按照權利要求1所述的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金，其特徵在於:所述非晶合金具有抗菌性能和良好的可製造能力，重複澆鑄四次以後，所獲得樣品仍為純非晶結構。
6.按照權利要求1所述的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金的製備方法，其特徵在於:該方法以工業級純度的金屬Zr、Cu、N1、Al、Ag和Y為原料，首先在氬氣保護下通過電弧熔煉或者感應熔煉的方法製備所需成分的母合金錠，然後通過銅模澆鑄方法獲得所述非晶合金，銅模澆鑄方法工藝參數為:真空度KT1~10_2Pa，溫度980~1400°C，冷卻速度10~102K/s。
7.按照權利要求1所述的Zr-Cu-N1-Al-Ag-Y塊狀非晶合金的應用，其特徵在於:所述非晶合金可應用於消費電子產品、醫療衛生、廚房潔具、交通運輸等領域中需要抗菌材料的部件的製備。
【文檔編號】C22C45/10GK104032240SQ201410078957
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】付華萌, 張海峰, 李正坤, 王愛民, 朱正旺, 張宏偉, 李宏, 李揚德, 李衛榮, 湯鐵裝 申請人:中國科學院金屬研究所, 東莞宜安科技股份有限公司