[发明专利]金属基非晶/纳米晶复合材料层的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种金属基涂层的制备方法，特别涉及一种金属基非晶/纳米晶 复合材料层的制备方法。

二、技术背景

纳米技术是21世纪最具活力的高科技研究领域，在许多方面都具有潜在的 无与伦比的应用前景。纳米晶体表现出来的超塑性行为为陶瓷增韧和改善金属材 料的强韧综合性能提供了新的途径。纳米晶体的制备方法有很多，如超细金属粉 末冷压法，机械球磨法等，其中以超细金属粉末冷压法最为普遍，但是这种方法 在工艺上存在工艺复杂，成本高，尺寸受限等不足。近年来，产生了另外一种新 方法——非晶晶化法，在适当的退火工艺条件下得到尺寸几十纳米、颗粒均匀、 弥散分布在非晶基体中的复合结构，或者完全晶化的纳米晶体材料。目前，纳米 晶的形核有两种解释：一种是相分离理论，这种相分离以Spinodal分解的方式 进行；一种是基于耦合流场的均质形核理论，认为在非晶态材料中存在一定程度 的短程有序结构及有序原子集团(ordered cluster)，这种有序原子团成为非晶 晶化的核心。非晶态合金的晶化由两个过程组成：单个原子由非晶态向晶坯(形 核过程)或晶体(长大过程)表面的跃迁或扩散(atomic jumping)(经典晶化 机制)；有序原子集团的长大及切变合并(形核过程)或切变沉积(长大过程)。

非晶材料自诞生以来，其高性能一直是人们关注的热点，但单相的非晶材料 没有位错，其塑性变形通过局域剪切变形来实现，虽然在剪切带内塑性应变很大， 但由于剪切带的数量有限，因而非晶合金的断裂表现为无宏观塑性变形的脆性断 裂，造成灾难性失效。根据晶体材料中位错受第二相的阻力而增殖的原理，在非 晶材料中引入具有不同强度和弹性模量的第二相，促使多剪切带的产生和滑移， 是提高非晶合金塑性的一种有效的方法。目前已成功制备内生枝晶增强块体非晶 基复合材料、纳米晶增强块体非晶基复合材料、纤维增强块体非晶基复合材料、 颗粒/块体非晶复合材料等。这些非晶基复合材料的制备一般在后续的退火过程 中进行，能耗大，工艺复杂。

三、发明内容

为了解决现有技术存在的非晶基复合材料的制备方法复杂、能耗大、尺寸受 限的缺点，本发明提供一种金属基非晶/纳米晶复合材料层的制备方法，操作简 单、能耗低、制备的涂层强度好、耐腐蚀。

本发明的技术方案为：一种金属基非晶/纳米晶复合材料层的制备方法，

第一步，采用常规方法制备金属基非晶固体或者是在物体表面制备金属基非 晶涂层；比如采用常规的化学镀、超音速火焰喷涂在物件表面制备金属基非晶涂 层，如在表面镀有铬或镍非晶涂层的塑料制品，或采用快速凝固的方法制备的金 属基非晶固体。

第二步，将第一步制备的金属基非晶固体或者是具有金属基非晶涂层的物件 置于水中，在室温下，超声环境中，在水中采用超声换能器使水产生16.0～ 30.0KHz的振动作用于水中的金属件或者是物件表面，超声功率为100～500W， 在金属件或者物件的表面形成非晶/纳米晶复合材料层。此处使用的超声功率优 选为200～450W，频率为17.0～25.0KHz。超声介质水可以为自来水或者蒸馏水。 水在金属件表面的作用时间可以为15～40小时。所述的金属基非晶固体是指镍 基、锆基、铁基、镁基、铝基非晶固体，金属基非晶涂层是指镍基、锆基、铁基、 镁基、铝基非晶涂层。所述的超声换能器为磁致伸缩换能器、电动超声换能器、 机械超声换能器中的任意一种。可以将非晶固体直接安装到超声换能器的端部， 或者直接放入水中，使其处于超声直接作用范围内，这样的效果会更好。

有益效果：

1.金属基非晶固体或者具有金属基非晶涂层的物件如表面镀有金属基非晶 涂层的塑料制品等，经本发明的方法晶化后，在表面一定深度内，可以形成纳米 晶，得到非晶/纳米晶复合组织，使非晶的高耐腐蚀性和纳米晶的高强度结合起 来，最大限度的满足了耐腐蚀、耐磨的性能要求。此方法中对于超声波的功率和 频率的选择很关键，如果选择的过大则涂层会剥落，选择的过小则达不到效果， 无法形成足够多的纳米晶，也就无法达到所要求的强度。

2.本发明的制备方法简便易行，设备操作简单，能耗低，且对象不受尺寸限 制。

四、附图说明

图1为没有经过处理的金属基非晶固体的表面电镜图。

图2为采用本发明的方法处理过后的金属基非晶固体的表面的电镜图。