[发明专利]具有韧性晶体相CuaZrbAlcMd非晶合金复合材料及其晶体相的均匀化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对晶体相进行晶粒均匀化的方法，更特别地说，是指一种对Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金基复合材料中晶体相的均匀化方法。

背景技术

块体非晶合金因其独特的原子排列结构而具有高屈服强度、高硬度、高弹性变形极限、强耐磨性、强耐腐蚀性、较低的弹性模量以及过冷液相区间良好的加工性等优异性能，因而在航空航天、精密仪器、生物医学和电子信息等领域显示出广泛的应用前景。然而，室温下非晶合金的塑性变形主要依靠高度局域化的剪切带进行，从而表现出显著的室温脆性和应变软化等特点，限制了其作为结构材料的应用。

为改善单相非晶合金的力学性能，克服其室温脆性及应变软化等缺点，研究者们通常采用在非晶合金基体中引入晶态第二相的方法制备块体非晶合金复合材料，利用第二相对剪切带扩展的阻碍作用提高合金的塑性。其中，由CuZr(B2)相颗粒增韧的铜锆基块体非晶合金复合材料成功在非晶合金基体上引入具有形状记忆效应的CuZr(B2)相。在拉伸变形过程中，模量较低的CuZr(B2)相颗粒一方面能够阻止非晶基体中剪切带的扩展，同时在应力作用下该晶体相可发生由立方相CuZr(B2)向高模量的单斜相CuZr(B19′)的马氏体转变，从而诱发产生多重剪切带，使材料表现出明显的宏观拉伸塑性和加工硬化特性。对于该类复合材料，其力学性能高度依赖于晶体相颗粒的体积分数、大小及分布等结构特征。然而现有的工艺条件很难在制备过程中控制CuZr(B2)相颗粒的形核及长大过程，导致制备得到的复合材料中晶体相的大小及分布都不均匀，损害了材料的力学性能，也限制了该类复合材料的实际应用。因此，设计一种非晶合金复合材料中晶体相的均匀化方法、制备具有均匀的晶体相颗粒大小及分布的复合材料对于推动该类材料的发展、促进其实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是在于客服现有以CuZr(B2)相颗粒增韧的铜锆基块体非晶合金复合材料中晶体相大小及分布不均匀的缺点，从而设计一种对Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金基复合材料中晶体相的均匀化方法，提供一种具有均匀的晶体相颗粒大小及分布的非晶合金复合材料，提高材料的力学性能。本发明通过添加M元素在凝固过程中优先析出作为CuZr(B2)晶体相形核的异质形核核心，从而使得CuZr(B2)晶体相颗粒的大小和分布得到均匀化。

本发明是一种均匀弥散分布着韧性晶体相Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金复合材料，该Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金复合材料中a、b、c、d为摩尔百分数，44≤a≤50、44≤b≤50、3≤c≤7、0.05≤d≤1.50，且a+b+c+d＝100；M为金属元素Ta、W、Mo、Nb、Hf、Re中的一种或两种以上的组合；

所述Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金复合材料经X射线衍射分析，发现其为非晶合金复合材料结构，基体为非晶态结构，晶体相确定为CuZr(B2)相；

所述Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金复合材料经横截面电镜SEM扫描观察，发现晶体相颗粒具有较均匀的大小与分布，颗粒大小为10～180μm；

所述Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金复合材料经万能材料力学试验机对复合材料试样进行压缩与拉伸力学性能测试发现，该复合材料具有良好的力学性能，其屈服强度为1450～1690MPa，压缩塑性为8.0～9.2％，拉伸塑性为2.0～2.6％，且具有明显加工硬化特性。

本发明制备具有韧性晶体相Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金复合材料的均匀化方法，首先采用在惰性气氛保护下电弧炉熔炼目标成分合金，然后采用喷铸、吸铸或是水淬等快速凝固的方法制备各种尺度和形状的块体非晶合金，最后对制得的合金进行性能分析。