[发明专利]一种非晶合金梯度复合材料的制备方法

说明书

本发明属于非晶合金复合材料制备领域，更具体地，涉及一种非晶合金梯度复合材料的制备方法。通过实验获得非晶合金基体的等温晶化规律，并通过神经网络建立烧结工艺参数与增强相特征参数之间的非线性映射关系；结合目标非晶合金梯度复合材料的增强相分布特点反推所需的温度场，然后以非晶合金粉末或者块体为原料，采用放电等离子烧结技术，结合数值模拟设计烧结模具，在所需烧结工艺参数和温度场下对所述非晶合金粉末进行放电等离子烧结处理，获得增强相连续梯度分布的非晶合金梯度复合材料。本发明能够实现大尺寸块体非晶合金梯度复合材料的灵活设计和制备成形，工艺简单高效，且增强相为原位内生获得，界面结合状态良好。

技术领域

本发明属于非晶合金复合材料制备领域，更具体地，涉及一种非晶合金梯度复合材料的制备方法。

背景技术

非晶合金内部原子排列长程无序，短程有序，内部不存在晶界、位错等缺陷，所有具有高强度、高硬度以及优异的耐腐蚀性，但是其室温塑性普遍较差，材料服役时容易发生灾难性断裂，严重研制了其作为高性能结构材料的应用。而在非晶基体内引入第二相制备非晶合金复合材料，能够改善其室温塑性，同时文献“A novel structural gradientmetallic glass composite with enhanced mechanical properties”通过对铸态非晶块体表面机械碾磨，获得了心部完全非晶组织、纳米晶组织、亚微米晶表面的梯度结构复合材料，其室温塑性改善了4倍。

梯度结构是由一种成分、组织或相(或组元)逐渐向另一成分、组织或相(或组元)过渡的结构材料，比如由粗晶逐渐过渡到细晶，甚至非晶组织。区别于传统的均匀单质材料或均匀单级复合材料，梯度材料的特征表现为组织的非均匀性和多尺度性，以及结构的多级性。大量研究结果表明，在材料中引入梯度结构能够解决材料“强度-塑性”矛盾，提升材料整体服役性能。

目前梯度结构金属材料的主要制备方法有:机械变形法、电沉积法、磁控溅射，3D打印等。表面机械变形虽然是一种简单有效的制备梯度结构的方法，但是受变形深度的限制，其梯度层只有几百微米，不能实现大尺寸梯度结构试样的制备，所得到的梯度材料梯度率也无法控制。此外，该方法也只适用于具有良好塑性的材料，不适用与非晶合金这类室温塑性较差的材料；电沉积过程中往往会产生内应力和杂质偏析，影响材料性能的进一步提升；磁控溅射效率较低，制备的样品尺寸有限，可作为一种表面处理手段，无法制备块体梯度结构金属材料；3D打印应用于非晶合金时容易发生晶化、氧化等问题，工艺控制难度大。

针对现有技术在制备块体非晶合金梯度复合材料的问题，发明专利CN201110298237.9公开了一种非晶梯度功能材料及其制备方法，该非晶梯度功能材料在厚度方向上有至少一层非晶层和一层非晶纳米晶复相合金层交替组成，制备方法为将非晶薄带或者块体样品放入磁场中升温至一定温度进行退火获得非晶梯度功能材料，该方法不能产生可设计的梯度温度场，即温度场为表面温度高、心部温度低，不能实现非晶合金梯度材料的灵活设计制备；发明专利CN102909326A公开了一种具有成分梯度的非晶合金带材及其制造方法，利用高温活性气体分解处的C、B、N等活性原子渗入到合金熔体中形成浓度梯度，快速冷却后形成具有成分梯度的非晶合金带材，该方法也不能制备增强相梯度分布的块体非晶合金梯度复合材料。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种通过控制放电等离子烧结过程中样品内部的温度梯度场分布来获得具有相应增强相梯度分布特征的非晶合金梯度复合材料的方法，该方法能够通过放电等离子烧结过程中样品的温度场分布控制而实现梯度复合材料中增强相梯度分布的灵活设计和材料制备，旨在解决现有技术非晶合金梯度复合材料的制备方法普适性不强、不能实现梯度复合材料的灵活设计的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种非晶合金复合梯度材料的制备方法，该非晶合金梯度复合材料包括基体相和增强相，基体相为非晶合金，增强相为非晶合金基体原位生成的纳米晶或晶体第二相，同时增强相的特征参数沿着材料的一个或者多个方向呈现梯度变化；该非晶合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：