[发明专利]一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法，该复合材料的原子比为Zr₅₀Cu_50‑xCo_x，x为10~30；其制备方法为按照Zr₅₀Cu_50‑xCo_x进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复至少4次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状Zr₅₀Cu_50‑xCo_x非晶复合材料。该材料不仅具有非晶本身的优异的力学性能，例如高的断裂强度、大的弹性极限等，而且克服了剪切带高度局域化引起的脆性和应变软化导致的低塑性等缺陷，在室温变形过程中不仅具有良好的塑性，且表现出了微观的加工硬化能力。

技术领域

本发明涉及一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法，属于非晶复合材料制备技术领域。

背景技术

大块金属玻璃（BMG）由于具有大弹性极限、高强度和抗腐蚀性，成为结构、功能应用材料的理想选择，但是由于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段裂，如ZrCu基非晶合金的塑性大约在0.5-0.7%之间。因此，室温脆性问题已经发展成为BMG材料应用的重要瓶颈。

为改善块状非晶合金材料变形时的室温脆性和室温软化，目前有两种改善非金合金塑性的方法，一是在块状非晶合金中复合第二相来提高其塑性，另一种是通过添加元素从而产生内生相获得非晶复合材料，并取得了一些进展。现有技术也有通过向块体玻璃合金中引入ZrC，WC，SiC,W丝等第二相颗粒，从而使非晶合金复合材料的塑性有所改善，但是其强度没有大的变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为改善ZrCu基块状非晶合金材料变形时的室温脆性和室温软化，通过在ZrCu基块状非晶合金中添加Co元素，在快速凝固过程中ZrCu基非晶合金中可以产生B2（CsCl结构）CuZr相和CoZr相，进而可以抑制玻璃基体中剪切带快速传播并促进多重剪切带增值的纳米-微米级，具有内生B2 CuZr相和CoZr相的ZrCu基合金展现出优异的压缩塑性、高强度和良好的加工硬化能力。

本发明的目的在于提供一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料，该复合材料的原子比为Zr₅₀Cu_50-xCo_x，x的取值范围为为10~30。

本发明的另一目的在于提供所述相变增韧ZrCu基非晶复合材料的制备方法，具体为：按照Zr₅₀Cu_50-xCo_x进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复至少4次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成棒状Zr₅₀Cu_50-xCo_x非晶复合材料。

本发明所用各成分金属原料的纯度大于99.99%。

优选的，本发明所述熔炼过程中将电弧炉抽至真空度5*10^-5Pa，然后再充纯度为99.9999%的Ar气至一个大气压。

本发明的原理：本发明通过在ZrCu非晶合金中添加适量的Co元素，从而在室温下获得稳定的B2 CuZr相和CoZr相，而在发生形变时有B19’ CuZr相和B33 CoZr相的生成，从而将“相变诱导塑性”(TRIP) 效应引入非晶复合材料中，可以有效地补偿非晶ZrCu基基体的应变软化。这两种相转变为克服非晶合金室温脆性和应变软化提供了新的思路，进而获得大的拉伸塑性和加工硬化能力，极大地提升了非晶合金潜在的结构应用。