[发明专利]一种纳米氧化锆/非晶合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于非晶合金相关技术领域，并公开了一种纳米氧化锆/非晶合金复合材料及其制备方法。复合材料中纳米氧化锆均匀分布在非晶合金基体中。制备方法包括下列步骤：S1选取非晶合金粉末和氧化锆粉末，并将二者溶解在溶剂中形成混合均匀的溶液，利用该混合均匀的溶液制备并获得非晶合金和氧化锆的混合粉末；S2利用混合粉末烧结获得块状坯料；利用该块状坯料在真空中制备氧化锆/非晶合金复合材料，在该制备过程中，非晶合金熔融粘接，氧化锆均匀分布在熔融的非晶合金中。通过本发明，制备出基体为完全非晶态结构的ZrO₂增强增韧非晶合金复合材料，通过氧化锆自身的高强度和外在应力诱导纳米氧化锆相变，提高非晶合金的强度和断裂韧性。

技术领域

本发明属于非晶合金相关技术领域，更具体地，涉及一种纳米氧化锆/非晶合金复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金由于其独特的非晶态结构，不存在晶态合金中常见的晶界、位错和偏析等缺陷，同时还比各种传统材料具有更为优异的力学性能、良好的加工性能、耐腐蚀和优良的软磁、硬磁以及独特的膨胀特性等物理性能，在航空航天、精密器械、军事化工等诸多领域，非晶合金均具有广阔的潜在前景。但是非晶合金最大的的缺陷是缺乏宏观室温塑性变形能力，仅表现出极小的塑性变形能力，这也限制了非晶合金在结构材料和功能材料方面的应用。

在室温下，非晶合金塑性很差，主要是因为非晶合金变形过程中，随着载荷的增加，非晶合金试样中的剪切带沿着最大切应力方向扩展并沿着一条主剪切带方向扩展至其贯穿整个试样，所以非晶合金没有表现出宏观塑性并较早的断裂失效。一般而言，增韧的主要机制就是抑制单一剪切带的过度扩张和促进大量剪切带的形成。

一般而言，在非晶合金中引入塑性良好的异质晶态相制备成非晶合金复合材料能够有效改善非晶合金的塑韧性，但是不可避免地会降低所得到的非晶基复合材料的强度，而在非晶合金中引入强度良好的异质晶态相制备成非晶合金复合材料能够有效提高非晶合金的强度，但是不会提高所得到的非晶基复合材料的塑韧性，这被称为长期的强度-塑性权衡困境。因此，寻找能够在不降低非晶合金强度的前提下提高其塑韧性的方式成为当前研究工作的热点。由此，开发一种不降低非晶合金强度的前提下提高其塑韧性的方式的复合材料及其制备工艺应运而生。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纳米氧化锆/非晶合金复合材料及其制备方法，在非晶合金基体中外添纳米氧化锆第二相，在受到外力时，氧化锆相变颗粒的剪切应力和体积膨胀对基体产生压应变，使裂纹停止延伸，以致需要更大的能量才使主裂纹扩展，即在裂纹尖端应力场的作用下，ZrO₂粒子发生四方相到单斜相的相变而吸收了能量，外力做了功，从而提高了非晶合金的断裂韧性，实现诱导相变增韧，同时高抗压强度的氧化锆有助于非晶合金的强度进一步提高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纳米氧化锆/非晶合金复合材料，所述复合材料中纳米氧化锆均匀分布在非晶合金基体中，其中，所述纳米氧化锆的平均粒径小于其室温相变临界颗粒直径，体积分数为10％～50％。

进一步优选地，所述非晶合金基体的粒径为所述纳米氧化锆粒径的0.5～2倍，非晶形成临界尺寸不小于10mm、过冷液相温度区间ΔTx大于50K，且热塑性成形能力指标S0.15。

进一步优选地，所述非晶合金基体的与纳米氧化锆的热膨胀系数之间的差值不超过10％。

按照本发明的另一个方面，提供了一种上述项所述的纳米氧化锆/非晶合金复合材料的制备方法，该方法包括下列步骤：

S1选取非晶合金粉末和氧化锆粉末，并将二者溶解在溶剂中形成混合均匀的溶液，利用该混合均匀的溶液制备并获得非晶合金和氧化锆的混合粉末；

S2利用所述混合粉末烧结获得块状坯料；利用该块状坯料在真空中制备氧化锆/非晶合金复合材料，在该制备过程中，非晶合金熔融粘接，氧化锆均匀分布在熔融的非晶合金中。