一种非晶合金压铸方法及非晶合金 【技术领域】 [0001] 本发明涉及非晶合金技术领域，尤其涉及一种非晶合金压铸方法及由该方法直接制备得到的非晶合金。 【背景技术】 [0002] 块体非晶(Bulk Metallic Glass，简称BMG)也称金属玻璃，通常是在1000℃以上、液体合金处于完全的液态下进行熔炼，然后进行快速的冷却使金属来不及结晶，最终得到的是完全的非晶态，具有长程无序、短程有序的结构特点，属于热力学的亚稳态，固态时原子的三维空间呈拓扑无序排列,不存在位错、晶界等缺陷，兼有金属和玻璃的特性，具有极高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能。 [0003] 但是块体非晶合金的断裂韧性很低，高度局域化的剪切行为使得单一的BMG通常是在没有明显室温塑性变形的情况下，以突然失效的脆性断裂方式发生灾难性断裂，严重制约着BMG作为先进结构材料在工程中的应用。 [0004] 因此，现有技术还有待发展。 【发明内容】 [0005] 本发明的目的在于提供一种非晶合金压铸方法及非晶合金，以解决现有的非晶合金断裂韧性很低的问题。 [0006] 本发明的技术方案如下：一种非晶合金压铸方法，将母合金加入到真空压铸机中熔炼，熔炼时的断电温度为950℃，然后进行半固态压铸，半固态压铸的温度为810-850℃，最终形成晶化度为5-8％的非晶合金； [0007] 所述母合金为成分均匀的合金锭，其成分同所述非晶合金的成分。 [0008] 进一步地，所述非晶合金为Zr基非晶合金。 [0009] 进一步地，所述真空压铸机的参数设置如下： [0010] 熔炼功率第一段14Kw； [0011] 熔炼功率第二段11Kw； [0012] 熔炼功率第三段11Kw； [0013] 动模模温设定值260℃； [0014] 定模模温设定值260℃； [0015] 一块圈数2； [0016] 一快位置100mm； [0017] 二快圈数2； [0018] 二快位置275mm； [0019] 增压圈数2.5； [0020] 增压位置312mm； [0021] 锤头追踪位置380mm； [0022] 增压储能120bar； [0023] 快速储能125bar； [0024] 压射时间2.5s； [0025] 冷却时间2s； [0026] 回锤时间2s； [0027] 模具真空度0.8Pa。 [0028] 进一步地，所述母合金的制备方法包括： [0029] 步骤A、按照非晶合金的成分配比，选取纯度大于99.4％的各合金原材料； [0030] 步骤B、将所述合金原材料加入到熔炼炉中，预抽真空后充入惰性气体，将所述合金原材料加热至1200℃熔炼10min以上，得到所述母合金。 [0031] 进一步地，所述步骤B中，所述熔炼炉中的真空度不高于10Pa。 [0032] 一种非晶合金，采用如上所述的非晶合金压铸方法制备而成。 [0033] 本发明的有益效果在于：本发明首先将母合金进行熔炼，控制熔炼时的断电温度为950℃，然后进行半固态压铸，控制半固态压铸的温度为810-850℃，得到晶化度为5-8％的非晶合金，非晶合金中均匀分布有纳米晶体结构，并形成枝晶相，枝晶相能够阻止单一剪切带的扩展，诱发更多剪切带的形成，而使得材料的塑性变形能力有了较大的提高，改善了非晶合金的韧性。 【附图说明】 [0034] 图1为对照例4中的样品进行SEM测试的图片(左边为SEM背散射模式，右边为正常二次电子成像模式)。 [0035] 图2为本发明实施例1中的样品进行SEM测试的图片(左边为SEM背散射模式，右边为正常二次电子成像模式)。 [0036] 图3为本发明实施例3中的样品进行SEM测试的图片(左边为SEM背散射模式，右边为正常二次电子成像模式)。 [0037] 图4为本发明实施例1中的样品进行TEM测试的图片。 [0038] 图5为本发明实施例2中的样品进行TEM测试的图片。 [0039] 图6为本发明实施例3中的样品进行TEM测试的图片。 [0040] 图7为对照例1中的样品进行TEM测试的图片。 [0041] 图8为对照例4中的样品进行TEM测试的图片。 [0042] 图9为本发明实施例1、实施例3及对照例4中的样品进行XRD测试的图片。 [0043] 图10为图9的局部放大图片。 [0044] 图11为本发明实施例1、实施例3及对照例4中的样品进行DSC测试的曲线图。 【具体实施方式】 [0045] 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。 [0046] 本发明提供了一种非晶合金压铸方法，将母合金加入到真空压铸机中熔炼，其中，母合金为成分均匀的合金锭，其成分同所述非晶合金的成分，熔炼时的断电温度为950℃，此时合金处于半固态，然后进行半固态压铸，半固态压铸的温度为810-850℃，最终形成晶化度为5-8％的非晶合金。非晶合金中均匀分布有纳米晶体结构，并形成枝晶相，枝晶相能够阻止单一剪切带的扩展，诱发更多剪切带的形成，而使得材料的塑性变形能力有了较大的提高，改善了非晶合金的韧性。 [0047] 以Zr基非晶合金为例，首先制备Zr基非晶合金母合金。具体包括步骤： [0048] 步骤A、按照非晶合金的成分配比，选取纯度大于99.4％的各合金原材料； [0049] 步骤B、将所述合金原材料加入到熔炼炉中，预抽真空后充入惰性气体，较佳地，所述熔炼炉中的真空度不高于10Pa。然后将所述合金原材料加热至1200℃熔炼10min以上，得到Zr基非晶合金母合金。其中，熔炼炉可以采用非自耗真空电弧熔炼炉或真空感应熔炼炉，对应的熔炼加热方式为电弧加热和感应加热。 [0050] 为制备晶化度为5-8％的非晶合金，本发明提供的一种具体实施例如下：将Zr基非晶合金母合金进行半固态压铸。首先将Zr基非晶合金母合金放入真空压铸机熔炼腔室的坩埚中，关好熔炼腔室门。设置真空压铸机的工艺参数。半固态压铸过程中，重点在于控制熔炼时的断电温度和翻转坩埚倒出熔融合金水的温度(即翻转温度)，本发明经过反复的实验验证，得出断电温度为950℃、翻转温度810-850℃，能够获得晶化度为5-8％的非晶态合金，并且产品的韧性得到明显的提高(见性能测试数据)。 [0051] 具体的，真空压工艺中，其他参数可以设置如下： [0052] 熔炼功率第一段14Kw； [0053] 熔炼功率第二段11Kw； [0054] 熔炼功率第三段11Kw； [0055] 动模模温设定值260℃； [0056] 定模模温设定值260℃； [0057] 一块圈数2； [0058] 一快位置100mm； [0059] 二快圈数2； [0060] 二快位置275mm； [0061] 增压圈数2.5； [0062] 增压位置312mm； [0063] 锤头追踪位置380mm； [0064] 增压储能120bar； [0065] 快速储能125bar； [0066] 压射时间2.5s； [0067] 冷却时间2s； [0068] 回锤时间2s； [0069] 模具真空度0.8Pa。 [0070] 本发明通过改进现有的压铸工艺，使得非晶合金中形成5-8％的纳米晶体结构，显著提高了非晶合金的韧性。操作简单，无需加入其他工序，既不需要对合金原材料进行复杂处理，也不需要对成型后产品进行表面处理等，易于量产。 [0071] 下面以具体实施例对本发明作进一步说明。 [0072] 实施例1 [0073] 以合金成分为Zr55Nb1的Zr基非晶合金为例进行说明，其中，Zr55Nb1中的合金组份及各合金组份的质量百分比分别为：Zr，55％；Cu，28.8％；Ni，5％；Al，10％；Nb，1％；Y， 0.2％。 [0074] (1)选取纯度大于99.4％的Zr基非晶合金的各金属原材料，按照上述质量百分比进行称量配比； [0075] (2)将步骤(1)中配制好的合金成分加入到真空感应熔炼炉中，预抽真空后充入惰性气体，使熔炼前的真空度不高于10Pa，然后利用感应加热将原料熔炼均匀，在1250℃下熔炼20min。冷却后得到成分均匀的母合金； [0076] (3)将步骤(2)中的母合金切割成固定质量大小的小块，并进行打磨清洗备用。按照模具型腔大小称量所需要的小块母合金，放入真空压铸机熔炼腔室的坩埚中，关好熔炼腔室门。按照表1对真空压铸机的工艺参数进行设置，启动程序。其中，断电温度设置为950℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为850℃。成型后，打开模具取出样品，按照此步骤可分别制得Zr基非晶合金的手机中框和弯曲样条。 [0077] 表1真空压铸机的工艺参数设置 [0078] 工艺指标 手机中框具体参数 弯曲样条具体参数 熔炼功率第一段(Kw) 14 14 熔炼功率第二段(Kw) 11 11 熔炼功率第三段(Kw) 11 11 动模模温设定值 260 260 定模模温设定值 260 260 一块圈数 2 2 一快位置(mm) 130 100 二快圈数 4 2 二快位置(mm) 311 275 增压圈数 3.5 2.5 增压位置(mm) 312 312 锤头追踪位置(mm) 375 380 增压储能(bar) 120 120 快速储能(bar) 125 125 压射时间(s) 2.5 2.5 增压延时(s) 0 0 冷却时间(s) 3 3 回锤时间(s) 2 2 模具真空度(Pa) 0.8 0.8 [0079] 实施例2 [0080] 制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为950℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为830℃。 [0081] 实施例3 [0082] 制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为950℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为810℃。 [0083] 对照例1：制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为900℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为850℃。 [0084] 对照例2：制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为900℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为830℃。 [0085] 对照例3：制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为900℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为810℃。 [0086] 对照例4(正常压铸)：制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为 1050℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为1000℃。 [0087] 对照例5(正常压铸)：制备Zr基非晶合金的步骤同实施例1，其中，断电温度设置为 1050℃，翻转坩埚倒出熔融合金水的温度为950℃。 [0088] 1.结构表征 [0089] (1)SEM测试 [0090] 对实施例1、实施例3及对照例4中的样品进行SEM测试，测试图片分别如图1-图3所示，由图可以看出，正常压铸(对照例4)的样品内部是非晶态，并未看见晶态颗粒，实施例1、实施例3的半固态压铸方法，制得的样品中均可以看到晶态颗粒。 [0091] (2)TEM测试 [0092] 对实施例1、实施例2、实施例3、对照例1及对照例4中的样品进行TEM测试，测试图片分别如图4-图8所示，由图可以看出，对照例4正常压铸的样品，图片花纹为一圈一圈的衍射图案，证明样品是非晶态的。本发明实施例1-实施例3以及对照例1的样品中，均出现晶态物质，再次证明了本发明的半固态压铸方法能够获得部分结晶的非晶合金。而对照例1，虽然断电温度也降低至900℃，但是获得的晶体形态明显不一样，力学性能改善效果不明显(见后文的表5)，这是由于熔炼温度过低，会导致合金在填充模具的时候造成缺陷，影响力学性能。 [0093] (3)XRD测试 [0094] 对实施例1、实施例3以及对照例4中的样品进行XRD测试，测试图片如图9、图10所示，由图可以看出，对照例4正常压铸的样品图片显示为馒头峰，说明此时产品是非晶态的。 实施例1的半固态压铸的样品，在2θ＝39度时，其峰值时尖尖的，说明产品内部有一部分已经形成了晶态颗粒了；另外实施例1的半固态压铸的样品在2θ＝37度到2θ＝39度，其峰值不显示为馒头峰，是一个走平的峰，说明此时产品内部有晶态物质形成，但是其晶态的状态与实施例3的样品中的晶态状态不一样。 [0095] (4)DSC测试 [0096] 对实施例1、实施例3以及对照例4中的样品进行DSC(差示扫描量热法)测试，测试图片如图11所示，DSC测试数据如表2所示，其中，Tg为玻璃转变温度，Tx为晶化转变温度。实施例1、实施例3的样品中均存在部分晶化，比例分别为8％和5％，并且力学性能测试表明，样品的韧性均有大幅提高。结合XRD结果推测，实施例1样品中晶粒尺寸较小，无法通过XRD进行探测，而实施例3的样品中晶粒尺寸较大。 [0097] 表2DSC测试数据 [0098] 样品编号 Tg(℃) Tx(℃) 晶化焓(J/g) 晶化比例 对照例4 418 495 49.15 0 实施例1 420 496 45.15 8％ 实施例3 413 494 46.69 5％ [0099] 2.力学性能测试 [0100] (1)跌落测试 [0101] 对实施例1-实施例3以及对照例4、对照例5的手机中框进行跌落测试，测试条件为：单体跌落，1m高度，依次6个面、4个角共计10次。测试数据如表3所示。本发明半固态压铸方法制备的样品，抗跌落的能力得到了极大的提高。 [0102] 表3跌落测试数据 [0103] 样品编号 断电温度(℃) 翻转温度(℃) 跌落断裂情况 对照例4 1050 1000 7次 对照例5 1050 950 5次 实施例1 950 850 108失效，断裂 实施例2 950 830 76次失效，断裂 实施例3 950 810 106次失效，断裂 [0104] (2)冲击韧性测试 [0105] 对实施例1-实施例3以及对照例4、对照例5的弯曲样条，采用摆锤力学试验机进行冲击测试，测试条件为：样品尺寸2*10*50mm，弯曲速率0.5mm/s。测试数据如表4所示。本发明半固态压铸方法制备的样品相比传统的压铸方法制备的样品，冲击韧性提高了40％以上。 [0106] 表4冲击韧性测试数据 [0107] 样品编号 断电温度(℃) 翻转温度(℃) 冲击功(J) 冲击韧性(J/cm2) 对照例4 1050 1000 1.55 80.89 对照例5 1050 950 1.25 66.40 实施例1 950 850 2.51 128.67 实施例2 950 830 2.01 104.71 实施例3 950 810 3.978 206.11 [0108] (3)三点弯曲测试 [0109] 对实施例1-实施例3以及对照例1-对照例4的弯曲样条进行三点弯曲测试，测试条件为：样品尺寸2*10*50mm，弯曲速率0.5mm/s。测试数据如表5所示。本发明实施例1-实施例 3中制备的样品相比传统的压铸方法制备的样品，抗弯强度和抗弯应变均有明显提高。对照例1-3对三点弯曲性能改善不明显，对照例3中的弯曲应变反而有所降低。 [0110] 表5三点弯曲测试数据 [0111] 样品编号 断电温度(℃) 翻转温度(℃) 抗弯强度(MPa) 弯曲应变 对照例4 1050 1000 2107.47 0.0256 实施例1 950 850 2581.33 0.0341 实施例2 950 830 2478.29 0.0326 实施例3 950 810 2670.80 0.0349 对照例1 900 850 2405.32 0.0296 对照例2 900 830 2349.34 0.0278 对照例3 900 810 2200.27 0.0235 [0112] 综合以上表3-表5的力学性能测试数据，可以看出，断电温度950℃、翻转温度810- 850℃的压铸工艺参数能够提高非晶合金的韧性，并且断电温度是比较关键敏感的参数，在翻转温度不变的情况下，断电温度降至900℃时，三点弯曲性能几乎无改善。这是由于熔炼温度过低，会导致合金在填充模具的时候造成缺陷，影响力学性能，而熔炼温度过高(对照例4)又不能形成需要的结晶晶粒。 [0113] 以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。