[发明专利]锆基金属玻璃多相复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术，特别是一种锆基金属玻璃多相复合材料及其制备方法。

背景技术

块体金属玻璃（BMG）材料虽然具有高的断裂强度和硬度以及高的弹性应变极限，但是由于单相金属玻璃的塑性变形是通过高度局域剪切变形来实现，断裂前能够开动的剪切带数量十分有限，BMG在室温下会发生无宏观塑性变形的灾难性脆性断裂。因此，室温脆性问题已经发展成为BMG材料应用的重要瓶颈。

为改善BMG材料的室温脆性，2000年美国Johnson研究小组首次通过在Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金系中添加Nb合金化元素，制备出微米尺寸β-Zr(Ti)固溶体相增塑的BMG复合材料，其拉伸塑性应变达到3%。随后，陈光等人通过对树枝晶β-Zr(Ti)相固溶体进行球化处理，将BMG复合材料的拉伸塑性提高到6%以上（具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料及其制备方法，专利申请号为201110099685.6）。

虽然上述铸态内生固溶体增塑BMG复合材料增塑效果显著，但是由于塑性固溶体相的强度远低于金属玻璃基体，因此造成复合材料强度大幅度下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型锆基金属玻璃多相复合材料。该复合材料的结构特点是以BMG为基体，析出铸态内生固溶体第二相，并在固溶体第二相中析出细小、弥散分布的高硬度的第三相，从而产生沉淀强化。该复合材料在保持以往铸态内生固溶体增塑BMG复合材料增塑效果的同时，显著提高复合材料的强度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种锆基金属玻璃多相复合材料，其合金成分的原子百分比表达式为：Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e，其中52≤a≤70, 17≤b≤22, 2≤c≤9, 2≤d≤7, 4≤e≤15, a+b+c+d+e=100。该成分的金属玻璃复合材料具有多相复合结构，其金属玻璃基体上均匀分布着固溶体第二相β-Zr，并且固溶体第二相中沉淀出细小、弥散分布的高硬度的第三相ω-Zr。

一种制备上述的锆基金属玻璃多相复合材料的方法，包括以下步骤：

第一步：选取块体金属玻璃，根据相选择原理，调整合金成分Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e，其中52≤a≤70, 17≤b≤22, 2≤c≤9, 2≤d≤7, 4≤e≤15, a+b+c+d+e=100，使其在凝固过程中能够先析出锆的固溶体第二相，并且固溶体第二相在随后冷却过程中析出高硬度的第三相；

第二步：采用电弧熔炼的方法，将合金原料熔炼成母合金；

第三步：母合金重新熔化，铜模重力铸造得到锆基金属玻璃多相复合材料。

第一步中所述的合金各组元纯度大于99.5%。

第三步中所述的锆基金属玻璃多相复合材料的压缩塑性最大达到10%。

本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明首次开发出了一种新型锆基金属玻璃多相复合材料。该复合材料具有独特的结构特点，其在块体金属玻璃基体上析出铸态内生固溶体第二相，并在固溶体第二相中析出细小、弥散分布的高硬度的第三相，从而产生沉淀强化。因此，该复合材料在保持一般铸态内生固溶体增塑BMG复合材料增塑效果的同时，大幅度提高了复合材料的强度。此外，该复合材料随着β-Zr相和ω-Zr相的析出，剩余合金熔体具有很强的玻璃形成能力，能够获得最大直径35mm的锆基金属玻璃多相复合材料。

附图说明

图1是为本发明锆基金属玻璃多相复合材料制备流程图。

图2是实施例1锆基金属玻璃多相复合材料显微结构和XRD图谱(a为显微组织图，b为XRD图谱)。

图3是实施例1锆基金属玻璃多相复合材料的室温压缩曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述

(1) 合金成分设计：

选择具有良好玻璃形成能力(GFA)的Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金体系，根据相选择原理、二元合金相图，并对相的稳定性进行分析，从而确定合金成分，得到所需合金成分范围，Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e（原子百分比），其中52≤a≤70, 17≤b≤22, 2≤c≤9, 2≤d≤7, 4≤e≤15, a+b+c+d+e=100。