專利名稱：具有優良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃及其制備方法
技術領域：
本發明屬于高性能金屬材料技術領域，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：
塊體金屬玻璃是上世紀80年代末、90年代初發展起來的一類新型亞穩材料。金屬玻璃長程無序的原子結構使得其在諸多方面具有比傳統晶態材料更優異的力學、物理及化學性能，在未來的機械，電子，化工，航空航天和軍事領域等有著良好的應用前景。在金屬玻璃眾多體系中，鐵基塊體金屬玻璃具有較高的強度，較低的制備成本，良好的軟磁性能和耐蝕性等優點。然而，當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的耐蝕性非晶涂層，在可選擇的成分范圍上依然有限，嚴重地影響了鐵基塊體金屬玻璃的研制和推廣應用。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，具有十分重要的學術意義和應用價值。目前，國內外在如何提高鐵基塊體金屬玻璃形成能力方面進行了大量研究，并取得了很多重要進展。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)獨立發現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，分別制備出臨界尺寸達到 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格昂貴的高純晶體硼B或稀土餌Er。隨后，哈爾濱工業大學沈軍等人(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略金屬鈷Co。在獲得這些厘米級鐵基塊體金屬玻璃的同時，無形中增加了合金的制備成本。近來，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)研究發現,這些厘米級的鐵基金屬玻璃在酸堿鹽溶液中，表現出良好的耐腐蝕性能，在設計非晶涂層方面展現了良好的應用前景。然而，針對當前日益嚴重的酸雨污染以及海水腐蝕等惡劣環境下的研究，還相對匱乏。因此，開發出高玻璃形成能力、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
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種具有優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中，具有優良的耐蝕性能。本發明公開了一種具有優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。本發明還公開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氣氛下進行熔煉，得到化學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。進一步，所述步驟I)中，原料為工業純鐵、工業純鈷、工業純鉻、工業純鑰、工業鐵硼合金、稀土釔及石墨。進一步，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氣氛下熔煉7 10次。進一步，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，其長度為30mm以上。本發明的有益效果在于本發明提供的鐵基塊體金屬玻璃，在模擬酸雨和海水介質中，展現了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區間，具有良好的耐蝕性能；另外，本發明采用工業純鐵、工業鐵硼合金等低成本的工業純原料，原材料價格十分低廉，解決了當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，進一步降低了生產成本。本發明提供的具有優良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃將在結構材料、耐蝕性涂層的成分設計等領域中具有廣泛的應用前景。


為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖1為實施例1的鐵基塊體金屬玻璃的X射線衍射圖2為實施例1的鐵基塊體金屬玻璃在模擬酸雨中的動電位極化曲線；
圖3為實施例1的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動電位極化曲線；
圖4為實施例2的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動電位極化曲線。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例1
本實施例的具有優良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，其化學分子式為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；原料為工業純鐵、工業純鈷、工業純鉻、工業純鑰、工業鐵硼合金、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氣氛下熔煉8次，得到化學成分均勻的母合金鑄錠；
3)將該母合金通過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，其長度為30_以上。圖1為本實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，表明本實施例的鐵基塊體金屬玻璃的非晶態結構。圖2為本實施例的鐵基塊體金屬玻璃在模擬酸雨中 的動電位極化曲線，展現了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區間，表明其具有良好的耐腐蝕性能，優于傳統的316L不銹鋼。圖3為本實施例的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動電位極化曲線，展現了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區間，表明其具有良好的耐腐蝕性能，優于傳統的316L不銹鋼。實施例2
本實施例的具有優良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃，其化學分子式為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；原料為工業純鐵、工業純鈷、工業純鉻、工業純鑰、工業鐵硼合金、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氣氛下熔煉7次，得到化學成分均勻的母合金鑄錠；
3)將該母合金通過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，其長度為30_以上。圖4為本實施例的鐵基塊體金屬玻璃在模擬海水中的動電位極化曲線，展現了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區間，表明其具有良好的耐腐蝕性能，優于傳統的316L不銹鋼。本發明提供的鐵基塊體金屬玻璃，在模擬酸雨和海水介質中，展現了低的鈍化電流密度和寬的鈍化區間，具有良好的耐蝕性能；另外，本發明采用工業純鐵、工業鐵硼合金等低成本的工業純原料，原材料價格十分低廉，解決了當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，進一步降低了生產成本。本發明提供的具有優良耐蝕性的鐵基塊體金屬玻璃將在結構材料、耐蝕性涂層的成分設計等領域中具有廣泛的應用前景。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過參照本發明的優選實施例已經對本發明進行了描述，但本領域的普通技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種具有優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氣氛下進行熔煉，得到化學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.根據權利要求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，原料為工業純鐵、工業純鈷、工業純鉻、工業純鑰、工業鐵硼合金、稀土釔及石墨。
4.根據權利要求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氣氛下熔煉7 10次。
5.根據權利要求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，其長度為30mm以上。
全文摘要
本發明公開了一種具有優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氣氛下進行熔煉，得到化學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中展現出良好的抗腐蝕性能。
文檔編號C22C45/02GK103014566SQ201210561229
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者郭勝鋒, 張紅菊, 王敬豐 申請人:西南大學