铜基合金锭及其制备方法和制得的铜基非晶合金

摘要

本发明涉及合金锭技术领域，具体涉及铜基合金锭及其制备方法和制得的铜基非晶合金，该铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：Cu40-55%、Ti25-45%、Zr5-15%、Ni5-10%，利用通过真空感应熔融法制造出来的铜基合金锭在真空环境下进行压铸，满足过冷所需要的冷却速度以抑制材料结晶化，可制造出厚度0.5-3mm的性能好的铜基非晶合金。

说明书

技术领域

本发明涉及合金锭技术领域，具体涉及铜基合金锭及其制备方法和制得的铜基非晶合金。

背景技术

非晶合金与液体相似，是具有不规则原子构造的合金，所以也被称为非晶合金或Amorphous alloy。通常情况下金属的原子都有序排列形成结晶结构，但是非晶合金的原子排列不规则，且没有结晶结构，所以比一般的金属材料具有更高的强度、更好的弹性，而且比较轻，所以当初开发出来的时候在金属业界引起了轰动效应。非晶合金加适当的热之后会变成像塑料一样自由成型的状态，所以这种非晶合金制造方法开发出来后正跃升为新的工业材料。

铜基非晶合金具有许多优异的性能,如高硬度、高强度、强耐蚀性等，在宇航、军工、体育等领域得到广泛应用，铜基非晶合金在20世纪90年代末以来发展迅猛发展。

如申请号为200510043708.6的中国发明专利申请介绍了一种铜基非晶合金及其制备工艺，该铜基非晶含有铜和铝,其特征是还含有镨,各组分的原子百分比为:Cu₅₀Pr₃₀Al₂₀或Cu₆₀Pr₃₀Al₁₀。该合金采用以下工艺制备:首先按原子百分比称取电解铜、纯镨及工业纯铝原料,在高纯氩气保护气氛中的真空电弧炉中进行熔炼,熔化结束后取出锭料,并将表面打光;通过甩带工艺得到非晶薄带。

又如，申请号为200510046256.7 的中国发明专利申请介绍了Cu基块状非晶合金,该块状非晶主要成分为Cu、Zr、Al和Gd四种元素。通过以Gd元素替换Cu₄₅Zr₄₇Al₇合金中的Zr元素,非晶合金的形成尺寸从3mm增加到8mm,其制备方法是铜模浇铸法。

但目前的铜基合金锭制得的铜基非晶合金结晶化程度过大，导致最终产品铜基非晶合金性能差。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种可使铜基非晶合金结晶化程度小，性能好的铜基合金锭及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       40-55%

Ti        25-45 %

Zr        5-15%

Ni        5-10%。

优选的，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       40-50%

Ti        25-35 %

Zr        5-10%

Ni        5-10%。

另一优选的，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       50-55%

Ti        35-45 %

Zr        5-10%

Ni        5-7%。

又一优选的，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       45-50%

Ti        30-40 %

Zr        5-10%

Ni        5-10%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤： 

步骤A、熔融前：为了维持合金的纯度、防止氧化，将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的20%-30%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，，为了达到碳化物产生量最小化，熔融温度不能超过1200℃，优选的将熔融温度控制在1100℃-1200℃，熔融时间为60-90min；

步骤C、熔融结束：为了保持玻璃形成能力和保护锭模，在20-30min内将熔汤冷却至900℃-950℃，为了保持高纯度和祛除烟雾，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：为了急速冷却，向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的60-80%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却 30-60min，得到铜基合金锭。

所述步骤A之前还包括步骤A0，材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

所述步骤B通过熔融扩散法将控制在1100℃-1200℃之间。

所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。

一种铜基非晶合金，将铜基合金锭进行压铸，得到厚度为0.5mm-3mm的铜基非晶合金。利用通过真空感应熔融法制造出来的铜基合金锭在真空环境下进行压铸，满足过冷所需要的冷却速度以抑制材料结晶化，可制造出最小厚度0.5-最大厚度3mm的铜基非晶合金。需要说明的是，铜基合金锭不是完全非晶，铜基合金锭的表层是非晶，铜基合金锭的內部为结晶，以铜基合金锭作为压铸原材料压铸出的产品才是铜基非晶合金。

本发明的有益效果在于：本发明的铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：Cu40-55%、Ti25-45 %、Zr5-15%、Ni5-10%，利用通过真空感应熔融法制造出来的铜基合金锭在真空环境下进行压铸，满足过冷所需要的冷却速度以抑制材料结晶化，可制造出厚度为0.5-3mm的性能好的铜基非晶合金。

具体实施方式：

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1。

一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       40%

Ti        35%

Zr        15%

Ni        10%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A0、材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

步骤A、熔融前：将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的20%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，通过熔融扩散法将熔融温度控制在1100℃，熔融时间为60min；

步骤C、熔融结束：在20min内将熔汤冷却至900℃，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的60%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却 30min，得到铜基合金锭。

其中，所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

其中，所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。 

一种铜基非晶合金，将上述铜基合金锭进行压铸，得到厚度为0.5mm的铜基非晶合金。

实施例2。

一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       45%

Ti        45 %

Zr        5%

Ni        5-%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A0、材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

步骤A、熔融前：将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的25%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，通过熔融扩散法将熔融温度控制在1150℃，熔融时间为75min；

步骤C、熔融结束：在25min内将熔汤冷却至950℃，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的70%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却 45min，得到铜基合金锭。

其中，所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

其中，所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。

一种铜基非晶合金，将上述铜基合金锭进行压铸，得到厚度为1mm的铜基非晶合金。

实施例3。

一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       55%

Ti        25 %

Zr        10%

Ni        10%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A0、材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

步骤A、熔融前：将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的26%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，通过熔融扩散法将熔融温度控制在1200℃，熔融时间为80min；

步骤C、熔融结束：在28min内将熔汤冷却至950℃，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的75%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却 55min，得到铜基合金锭。

其中，所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

其中，所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。

一种铜基非晶合金，将上述铜基合金锭进行压铸，得到厚度为2mm的铜基非晶合金。

实施例4。

一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       50%

Ti        30%

Zr        15%

Ni        5%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A0、材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

步骤A、熔融前：将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的30%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，通过熔融扩散法将熔融温度控制在1200℃，熔融时间为90min；

步骤C、熔融结束：在30min内将熔汤冷却至950℃，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的80%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却60min，得到铜基合金锭。

其中，所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

其中，所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。

一种铜基非晶合金，将上述铜基合金锭进行压铸，得到厚度为3mm的铜基非晶合金。

实施例5。

一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       48%

Ti        32%

Zr        11%

Ni        9%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A0、材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

步骤A、熔融前：将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的20%%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，通过熔融扩散法将熔融温度控制在1200℃，熔融时间为60min；

步骤C、熔融结束：在30min内将熔汤冷却至950℃，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的80%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却 50min，得到铜基合金锭。

其中，所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

其中，所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。

一种铜基非晶合金，将上述铜基合金锭进行压铸，得到厚度为2.5mm的铜基非晶合金。     

实施例6。

一种铜基合金锭，所述铜基合金锭由以下原子百分比的原子组成：

Cu       53%

Ti        31%

Zr        9%

Ni        7%。

一种铜基合金锭的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A0、材料前处理：将Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属通过油压切割机切割，然后用超声波洗涤机器洗涤。

步骤A、熔融前：将真空高周波熔炼炉的熔融室抽至10^-4torr的真空度，向熔融室内灌入高纯氩气，高纯氩气的体积占整个熔融室容积的28%；

步骤B、熔融时：将铜基合金锭所需的Cu金属 、Ti金属 、Zr金属和Ni金属在真空高周波熔炼炉的熔融室进行熔融，通过熔融扩散法将熔融温度控制在1200℃，熔融时间为80min；

步骤C、熔融结束：在30min内将熔汤冷却至950℃，然后用抽气泵将熔融室抽气至10^-1torr的真空度；

步骤D、倒汤：向锭模的冷却室中灌入整个冷却室容积的80%氩气，启动循环式热交换机，然后将熔汤倒入锭模中经循环式热交换机冷却60min，得到铜基合金锭。

其中，所述步骤D中熔汤倒入锭模中时，需要按照3min以内倒入50kg的速度进行。

其中，所述Cu金属 、Ti金属 、Zr金属 、Ni金属均使用纯度为99.9%以上的原材料。  

一种铜基非晶合金，将上述铜基合金锭进行压铸，得到厚度为3mm的铜基非晶合金。

对实施例1-6得到铜基非晶合金的降伏强度、硬度和弹性变形等物理机械性能进行测试，详见表1。

。

通过表1可以看出，本发明实施例1-6得到的铜基非晶合金的降伏强度、硬度和弹性变形等物理机械性能良好。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。