專利名稱：具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高性能金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐蝕性鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
塊體金屬玻璃是上世紀(jì)80年代末、90年代初發(fā)展起來(lái)的一類新型亞穩(wěn)材料。金屬玻璃長(zhǎng)程無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)使得其在諸多方面具有比傳統(tǒng)晶態(tài)材料更優(yōu)異的力學(xué)、物理及化學(xué)性能，在未來(lái)的機(jī)械，電子，化工，航空航天和軍事領(lǐng)域等有著良好的應(yīng)用前景。在金屬玻璃眾多體系中，鐵基塊體金屬玻璃具有較高的強(qiáng)度，較低的制備成本，良好的軟磁性能和耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)前制備鐵基塊體金屬玻璃采用的原材料通常為昂 貴的高純金屬和類金屬，且玻璃形成能力有限。此外，基于鐵基金屬玻璃研發(fā)的耐蝕性非晶涂層，在可選擇的成分范圍上依然有限，嚴(yán)重地影響了鐵基塊體金屬玻璃的研制和推廣應(yīng)用。因此，制備出低成本、大尺寸兼具良好耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。目前，國(guó)內(nèi)外在如何提高鐵基塊體金屬玻璃形成能力方面進(jìn)行了大量研究，并取得了很多重要進(jìn)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)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)稀土元素能夠明顯改善鐵基合金的玻璃形成能力，采用水冷銅模鑄造技術(shù)，分別制備出臨界尺寸達(dá)到 12 mm 的(Fe443Cr5Co5Mo12. Wnlh2(^A9)Y1. JPFe48Cr15Mo14C15B6Er2塊體金屬玻璃；然而，其原材料中多采用價(jià)格昂貴的高純晶體硼B(yǎng)或稀土餌Er。隨后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)沈軍等人(Shen J, Chen Q J, Sun J F et al. Exceptionally highglass-forming ability of an FeCoCrMoCBY alloy. Applied Physics Letters, 2005,86: 1519071)采用適量的鈷替換鐵，獲得了直徑為16mm的Fe41Co7 Cr15Mo14Y2C15B6塊體金屬玻璃；然而，該合金中含有較高含量的稀缺戰(zhàn)略金屬鈷Co。在獲得這些厘米級(jí)鐵基塊體金屬玻璃的同時(shí)，無(wú)形中增加了合金的制備成本。近來(lái)，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)研究發(fā)現(xiàn),這些厘米級(jí)的鐵基金屬玻璃在酸堿鹽溶液中，表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能，在設(shè)計(jì)非晶涂層方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。然而，針對(duì)當(dāng)前日益嚴(yán)重的酸雨污染以及海水腐蝕等惡劣環(huán)境下的研究，還相對(duì)匱乏。因此，開(kāi)發(fā)出高玻璃形成能力、低成本兼具良好腐蝕性能的鐵基塊體金屬玻璃是非常有必要的
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法，該鐵基塊體金屬玻璃在模擬酸雨和海水介質(zhì)中，具有優(yōu)良的耐蝕性能。本發(fā)明公開(kāi)了一種具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，所述鐵基塊體金屬玻璃的化學(xué)分子式為FeaCobCreModCeBfYg,其中a、b、C、d、e、f > g為原子百分比,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。本發(fā)明還公開(kāi)了上述鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，包括以下步驟
1)按原子百分比稱取原料；
2)將配置的原料在惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉，得到化學(xué)成分均勻的母合金鑄錠；
3)將該母合金澆鑄至銅模型腔中，得到鐵基塊體金屬玻璃。進(jìn)一步，所述步驟I)中，原料為工業(yè)純鐵、工業(yè)純鈷、工業(yè)純鉻、工業(yè)純鑰、工業(yè)鐵硼合金、稀土釔及石墨。進(jìn)一步，所述步驟2)中，配置的原料是放在真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下熔煉7 10次。進(jìn)一步，所述步驟3)中，得到的鐵基塊體金屬玻璃為直徑至少10 mm的金屬玻璃圓棒，其長(zhǎng)度為30mm以上。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供的鐵基塊體金屬玻璃，在模擬酸雨和海水介質(zhì)中，展現(xiàn)了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區(qū)間，具有良好的耐蝕性能；另外，本發(fā)明采用工業(yè)純鐵、工業(yè)鐵硼合金等低成本的工業(yè)純?cè)?，原材料價(jià)格十分低廉，解決了當(dāng)前提高鐵基塊體金屬玻璃形成能力而多采用昂貴的高純合金元素的缺點(diǎn)，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃將在結(jié)構(gòu)材料、耐蝕性涂層的成分設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖1為實(shí)施例1的鐵基塊體金屬玻璃的X射線衍射圖2為實(shí)施例1的鐵基塊體金屬玻璃在模擬酸雨中的動(dòng)電位極化曲線；
圖3為實(shí)施例1的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動(dòng)電位極化曲線；
圖4為實(shí)施例2的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動(dòng)電位極化曲線。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例1
本實(shí)施例的具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，其化學(xué)分子式為FeaC0bCrcModCeBfYg,其中 a、b、C、d、e、f、g 為原子百分比，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。本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，包括以下步驟
I)按原子百分比稱取原料；原料為工業(yè)純鐵、工業(yè)純鈷、工業(yè)純鉻、工業(yè)純鑰、工業(yè)鐵硼合金、稀土乾及石墨；
2)將配置的原料放在真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下熔煉8次，得到化學(xué)成分均勻的母合金鑄錠；
3)將該母合金通過(guò)自身重力澆鑄至銅模型腔中，得到鐵基塊體金屬玻璃。所述步驟3)中，得到的鐵基塊體金屬玻璃為直徑至少10 mm的金屬玻璃圓棒，其長(zhǎng)度為30_以上。圖1為本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃的X射線衍射圖，如圖1所示,合金顯示出非晶合金所特有的漫散射峰，表明本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。圖2為本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃在模擬酸雨中 的動(dòng)電位極化曲線，展現(xiàn)了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區(qū)間，表明其具有良好的耐腐蝕性能，優(yōu)于傳統(tǒng)的316L不銹鋼。圖3為本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動(dòng)電位極化曲線，展現(xiàn)了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區(qū)間，表明其具有良好的耐腐蝕性能，優(yōu)于傳統(tǒng)的316L不銹鋼。實(shí)施例2
本實(shí)施例的具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，其化學(xué)分子式為FeaC0bCrcModCeBfYg,其中 a、b、C、d、e、f、g 為原子百分比，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。本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，包括以下步驟
1)按原子百分比稱取原料；原料為工業(yè)純鐵、工業(yè)純鈷、工業(yè)純鉻、工業(yè)純鑰、工業(yè)鐵硼合金、稀土乾及石墨；
2)將配置的原料放在真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下熔煉7次，得到化學(xué)成分均勻的母合金鑄錠；
3)將該母合金通過(guò)自身重力澆鑄至銅模型腔中，得到鐵基塊體金屬玻璃。所述步驟3)中，得到的鐵基塊體金屬玻璃為直徑至少10 mm的金屬玻璃圓棒，其長(zhǎng)度為30_以上。圖4為本實(shí)施例的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動(dòng)電位極化曲線，展現(xiàn)了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區(qū)間，表明其具有良好的耐腐蝕性能，優(yōu)于傳統(tǒng)的316L不銹鋼。本發(fā)明提供的鐵基塊體金屬玻璃，在模擬酸雨和海水介質(zhì)中，展現(xiàn)了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區(qū)間，具有良好的耐蝕性能；另外，本發(fā)明采用工業(yè)純鐵、工業(yè)鐵硼合金等低成本的工業(yè)純?cè)希牧蟽r(jià)格十分低廉，解決了當(dāng)前提高鐵基塊體金屬玻璃形成能力而多采用昂貴的高純合金元素的缺點(diǎn)，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃將在結(jié)構(gòu)材料、耐蝕性涂層的成分設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，其特征在于所述鐵基塊體金屬玻璃的化學(xué)分子式為FeaCobCreModCeBfYg,其中a、b、C、d、e、f、g為原子百分比,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.權(quán)利要求1所述的鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)按原子百分比稱取原料； 2)將配置的原料在惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉，得到化學(xué)成分均勻的母合金鑄錠； 3)將該母合金澆鑄至銅模型腔中，得到鐵基塊體金屬玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，其特征在于所述步驟I)中，原料為工業(yè)純鐵、工業(yè)純鈷、工業(yè)純鉻、工業(yè)純鑰、工業(yè)鐵硼合金、稀土釔及石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，其特征在于所述步驟2)中，配置的原料是放在真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下熔煉7 10次。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵基塊體金屬玻璃的制備方法，其特征在于所述步驟3)中，得到的鐵基塊體金屬玻璃為直徑至少10 mm的金屬玻璃圓棒，其長(zhǎng)度為30mm以上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有優(yōu)良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法；所述鐵基塊體金屬玻璃的化學(xué)分子式為FeaCobCrcModCeBfYg，其中a、b、c、d、e、f、g為原子百分比，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；其制備方法為1)按原子百分比稱取原料；2)將配置的原料在惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉，得到化學(xué)成分均勻的母合金鑄錠；3)將該母合金澆鑄至銅模型腔中，得到鐵基塊體金屬玻璃。本發(fā)明的鐵基塊體金屬玻璃具有較低的制備成本及在模擬酸雨和海水介質(zhì)中展現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C45/02GK103014566SQ201210561229
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者郭勝鋒, 張紅菊, 王敬豐 申請(qǐng)人:西南大學(xué)