[發(fā)明專利]鈮顆粒增強(qiáng)的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610134296.1
• 申請(qǐng)日: 2006-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN101186996A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海峰;潘大剛;王愛民;李宏;胡壯麒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C22C45/00
• 分類號(hào): C22C45/00;B22D17/00;C22C1/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂合金制備技術(shù)，具體為一種塑性Nb顆粒增強(qiáng)的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

非晶態(tài)金屬材料由于其獨(dú)特的原子排布結(jié)構(gòu)，即長(zhǎng)程無(wú)序而短程有序，使其具有了優(yōu)異的使用性能，例如：高強(qiáng)度，高彈性極限以及良好的耐腐蝕性能等等。而鎂基非晶態(tài)合金由于其高比強(qiáng)度、易于回收利用等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為極具應(yīng)用前景的新型工程材料。另外，中國(guó)具有豐富的鎂資源，更使得開發(fā)和研究鎂基非晶態(tài)金屬材料具有現(xiàn)實(shí)意義。

但是，非晶態(tài)合金的變形是一種高度局域化的變形。主要的變形量集中在有限的幾條剪切帶內(nèi)。雖然剪切帶內(nèi)的相對(duì)變形量可以很大，但非晶態(tài)合金整體的塑性變形量卻非常有限。總體來說，非晶態(tài)合金是一種脆性材料。而鎂基非晶態(tài)合金則是最脆的幾種非晶態(tài)合金之一，其斷裂方式可被認(rèn)為是一種典型的脆性斷裂。這種本征脆性極大地限制了鎂基非晶態(tài)合金的實(shí)際應(yīng)用。

為了改善非晶態(tài)合金的塑韌性能，人們發(fā)展了各種非晶態(tài)合金復(fù)合材料。各種含有內(nèi)生析出相或外加顆粒和纖維的非晶態(tài)合金復(fù)合材料都表現(xiàn)出了一定的塑性。目前，增強(qiáng)鎂基非晶態(tài)合金的主要方法是內(nèi)生析出韌性相或通過添加高硬度的陶瓷顆粒來阻礙剪切帶的擴(kuò)展以提高其塑性。但是，由于內(nèi)生析出相的尺寸有限，或者是陶瓷顆粒的本征脆性，這些方法對(duì)剪切帶的阻礙作用非常有限。通過這些方法制備的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料的室溫壓縮塑性變形量?jī)H有1％～3％。為了能夠使鎂基非晶態(tài)合金成為一種實(shí)用的工程材料，迫切要求尋找更加有效的強(qiáng)化手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種塑性Nb顆粒增強(qiáng)的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料及其制備方法，解決鎂基非晶態(tài)合金脆性大、易出現(xiàn)脆性斷裂等問題，最終獲得高強(qiáng)度、高塑性變形能力的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供了一種塑性鈮顆粒增強(qiáng)的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料，該復(fù)合材料的成分為Mg₆₅Cu₂₀Ag₅Gd₁₀(at.％)與Nb顆粒復(fù)合，Nb顆粒的體積百分?jǐn)?shù)V_f為4％～8％，Nb顆粒的粒度為20～50μm。

本發(fā)明還提供了上述塑性Nb顆粒增強(qiáng)的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將Cu，Ag和Gd(重量純度＞99.9％)三種元素按成分配比稱量混合后，在惰性氣體氣氛中電弧熔煉制成中間合金；

(2)再將中間合金與Mg混合后，在惰性氣體氣氛中感應(yīng)熔煉制成Mg₆₅Cu₂₀Ag₅Gd₁₀(at.％)合金；

(3)在惰性氣體氣氛中，將不同體積百分?jǐn)?shù)的Nb顆粒與Mg₆₅Cu₂₀Ag₅Gd₁₀合金液混合，并電磁攪拌以得到混合均勻的復(fù)合材料；

(4)將復(fù)合材料合金錠在惰性氣體氣氛中感應(yīng)熔化，并噴鑄到銅模中獲得鈮顆粒增強(qiáng)的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料。

本發(fā)明中所制備的鎂基非晶態(tài)合金復(fù)合材料經(jīng)X射線衍射(XRD)和差熱分析(DSC)證實(shí)，所獲得的非晶態(tài)合金復(fù)合材料樣品具有典型的非晶態(tài)合金的特征。Nb顆粒的加入既沒有損害非晶態(tài)合金基體的形成能力，也沒有改變其熱力學(xué)行為。經(jīng)過對(duì)直徑為2mm的復(fù)合材料樣品進(jìn)行應(yīng)變速率為2×10^-4s^-1的室溫壓縮試驗(yàn)，并利用掃描電鏡(SEM)對(duì)壓縮斷裂后的試樣進(jìn)行觀察。

性能指標(biāo)為：

屈服強(qiáng)度：σ_y＝901±30MPa(V_f＝8％)；

塑性變形量：ε_plastic＝12.1±3％(V_f＝8％)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用的鎂基非晶態(tài)合金為Mg₆₅Cu₂₀Ag₅Gd₁₀(at.％)，Nb顆粒的體積百分?jǐn)?shù)為4％～8％。Nb顆粒的加入不改變非晶態(tài)合金基體的形成能力，保留了其高比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。鎂基非晶態(tài)合金和一定含量的Nb顆粒二者配合使用后，與典型非晶態(tài)合金相比，Nb顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料具有更高的強(qiáng)度和塑性變形能力。

2、本發(fā)明采用了電弧熔煉制備中間合金、感應(yīng)熔煉制備鎂基非晶態(tài)合金、Nb顆粒與鎂基非晶態(tài)合金液電磁攪拌混合、感應(yīng)熔化噴鑄到銅模中等步驟組合，即可獲得非晶態(tài)合金復(fù)合材料，制備工藝簡(jiǎn)單。

附圖說明