[发明专利]一种锆基金属玻璃内生复合材料及其组织细化方法

说明书

本发明公开了一种锆基金属玻璃内生复合材料及其组织细化方法。本发明锆基金属复合材料的成分原子百分比表达式为：（Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_eNb_f）Sn_g，其中35≤a≤70,5≤b≤15,5≤c≤20,2≤d≤12,5≤e≤23,5≤f≤15,0.5≤g≤2,a+b+c+d+e+f+g=100。本发明根据析出相异质形核原理，首先计算Sn元素与BMG合金元素的混合热，发现Zr‑Ti‑Cu‑Ni‑Be‑Nb合金系加入Sn元素，合金中只形成Zr₅Sn₃纳米颗粒，且Zr₅Sn₃熔点1988℃，β‑Zr(Ti)熔点1856℃，Zr₅Sn₃先于β‑Zr(Ti)析出，再通过计算Zr₅Sn₃和Zr₅Sn₃的错配度，发现Zr₅Sn₃可作为β‑Zr相的有效异质形核核心，使合金凝固过程中先析出的β‑Zr(Ti)相以Zr₅Sn₃为核心析出、长大；在保证块体金属玻璃形成能力的基础上添加Sn元素，形成β‑Zr相异质形核核心，通过异质形核细化先析出相形貌，获得细小均匀的组织结构。

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内生复合材料及其组织细化方法。

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，大量研究通过调整冷却速率，实现对树枝晶β-Zr(Ti)相固溶体进行细小均匀化，获取均匀细小的第二相组织，优化性能。

虽然铸态内生固溶体增塑BMG复合材料采用提高凝固冷却速率的方法来获取均匀细小的第二相组织，但是该方法容易受设备条件限制，冷却条件常常无法满足获取理想的组织的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锆基金属玻璃内生复合材料及其组织细化方法。该复合材料的结构特点是以BMG为基体，以铸态内生β-Zr(Ti)相作为第二相。根据析出相异质形核原理，首先计算Sn元素与BMG合金元素的混合热，发现Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Nb合金系加入Sn元素，合金中只形成Zr₅Sn₃纳米颗粒，且Zr₅Sn₃熔点1988℃，β-Zr(Ti)熔点1856℃，Zr₅Sn₃先于β-Zr(Ti)析出，再通过计算Zr₅Sn₃和Zr₅Sn₃的错配度，发现Zr₅Sn₃可作为β-Zr相的异质形核核心，在不影响基体非晶形成能力基础上实现细化第二相，获得组织细小均匀的复合材料。