[发明专利]Cu基大块非晶-纳米晶合金复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶合金的制备方法，特别涉及一种Cu基大块非晶-纳米晶合金复合材料的制备方法。

背景技术

Cu基大块非晶合金是近年来开发出的新的非晶体系，这种非晶合金有较大的玻璃形成能力和相对低的成本，它的拉伸断裂强度比晶体的高得多，可达2000—2400Mpa，同时具有一定的塑性，与Zr基、Pd基大块非晶合金相比，其强度也处于领先地位，可以作为超高强度结构材料。高的玻璃形成能力和优异的力学性能，进一步拓展了大块非晶合金作为结构材料的应用前景，但要作为结构材料它的塑性还达不到要求，还需要提高Cu基大块非晶合金的塑性，毕竟现在制备的Cu基大块非晶合金材料的塑性远比钢铁材料要差得多，塑性韧性低制约了Cu基大块非晶合金作为超强结构材料的应用，因此，提高非晶材料的塑性韧性是材料界目前急需解决的问题。

发明内容

针对现有的问题，本发明的目的在于提供一种强度和塑性、韧性均很好的Cu基大块非晶-纳米晶合金复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种Cu基大块非晶-纳米晶合金复合材料的制备方法，其特征在于：按照如下步骤完成：

(1)、备料，先将合金原子百分比转换成重量百分比，按比例称好合金原料；

(2)、制备母合金，在惰性气体保护下，将上述混合物原料经过反复熔炼得到母合金；

(3)、通过铜模铸造法，在高真空下制备出非晶合金棒；

(4)、测量非晶合金棒的玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx；

(5)、退火，将上述非晶合金棒加热，加热温度在玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx之间，保温5-10min，然后出炉空冷，得到非晶-纳米晶合金复合材料产品。

在上述技术方案中：所述合金原子为Cu、Zr、Ti、Ni，原子个数比为Cu：Zr：Ti：Ni＝50:25:15:10。

在上述技术方案中：退火温度为高于玻璃化转变温度Tg 5℃左右。硬度提高最明显。

在上述技术方案中：步骤(2)中，将上述混合物经过反复4次熔炼得到合金锭。

在上述技术方案中：采用差示扫描热分析仪检测非晶合金棒的玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx，升温速度为0.67K/s。

退火前，采用差示扫描热分析仪检测非晶合金棒的玻璃化转变温度Tg和结晶开始温度Tx分别为：703.66K和774.64K，△Tx为70.98K，该合金棒具有较大的过冷液体温度区间，合金表现出比较强的非晶形成能力，较高的玻璃形成能力。在退火之前测量合金的维氏硬度平均值为565.9，已经具有非常高的硬度。因为此时，非晶合金的原子排列是无序结构，具有固定的形状和很大的刚硬性，因此硬度很高。

退火后测量维氏硬度超过700，硬度大大提高。尤其是当退火温度高于为玻璃化转变温度Tg 5℃左右时，硬度升高最多。退火温度对组织性能的影响不大，但是退火后，非晶Cu50Zr22Ti18Ni10合金析出了纳米晶，增加了晶界面积，有弥散强化作用，使非晶合金的塑性变形抗力增加，通过退火前和退火后的断裂形貌扫描电镜对比可以看出，退火前非晶合金断口呈河流状花样，表明为脆性断裂。退火后的断口呈韧窝状、纤维状，表明是韧性断裂。说明退火后改善了非晶合金的塑性韧性。

本发明的有益效果是：本发明通过铜模铸造，制备出Cu基大块非晶合金，然后通过退火处理可以使非晶合金纳米晶化，显著提高了非晶合金的维氏硬度，改善非晶合金的塑性韧性，具有优良的机械性能，可以作为高强度结构材料进行推广应用。

附图说明：

图1为退火前铸造Cu基合金棒Cu₅₀Zr₂₅Ti₁₅Ni₁₀的X射线衍射谱线；

图2为退火后Cu基合金棒Cu₅₀Zr₂₅Ti₁₅Ni₁₀的X射线衍射谱线；

图3为退火前铸造Cu基合金棒Cu₅₀Zr₂₅Ti₁₅Ni₁₀的断裂形貌扫描电镜图片；

图4为退火后铸造Cu基合金棒Cu₅₀Zr₂₅Ti₁₅Ni₁₀的断裂形貌扫描电镜图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：