[發(fā)明專利]一種非晶合金基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910137567.2
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101886232A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宮清;馬志軍;屈江濤;郭增艷;張法亮
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C22C1/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;王鳳桐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非晶合金基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

大塊非晶合金是近年來材料研究領(lǐng)域的最新成果之一，它具有短程有序，長程無序的特征，兼有一般金屬和玻璃的特性，因而具備高強度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性和高電阻性等優(yōu)異的物理、化學(xué)及力學(xué)性能，已經(jīng)在國防裝備、精密機械、生物醫(yī)用材料、電子信息零件、化工等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。由于大塊非晶合金的塑性高度局限在5-20nm的剪切帶中，造成材料進(jìn)一步變形，從而導(dǎo)致剪切帶軟化，最終在軟化的剪切面上發(fā)生斷裂。這種非均勻變形行為使其在沒有明顯宏觀塑性變形的情況下發(fā)生災(zāi)難性失效，限制了其在實際工程中的廣泛應(yīng)用，使其優(yōu)越性能得不到發(fā)揮。

近年來，一些研究者通過在合金熔體中引入晶態(tài)第二相，或者通過晶化期間析出部分晶態(tài)相的方法，開發(fā)出各種大塊非晶基復(fù)合材料，其目的是阻止單一剪切帶貫穿整個試樣并促進(jìn)多剪切帶形成，以提高大塊非晶復(fù)合材料的塑性，擴大其使用范圍。這些復(fù)合材料包括基體相和增強相，其中，所述基體相為非晶相，所述增強相為多個晶化相。

例如，US?6709536公開了一種復(fù)合非晶金屬物及其制備方法，所述復(fù)合非晶金屬物包括非晶金屬合金和第二相，所述非晶金屬合金形成基本上連續(xù)的基體，所述第二相嵌入到所述基體中并且包括韌性晶化金屬顆粒，韌性晶化金屬顆粒的形式為枝晶狀(dendritic)。所述復(fù)合非晶金屬物的制備方法包括：將合金加熱至高于其熔融溫度；將合金在合金的液相線和固相線之間冷卻足夠長時間以形成分布在液相中的韌性晶化相；以足夠快的冷卻速率將合金冷卻至低于液相的玻璃化溫度，以在晶化相周圍形成非晶金屬基體。US6709536在復(fù)合非晶金屬物中引入晶化相，雖然在一定程度上提高了復(fù)合非晶金屬物的塑性，但是其塑性仍然較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的非晶合金基復(fù)合材料的塑性較差的缺點，提供一種具有較高的塑性的非晶合金基復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，非晶合金基復(fù)合材料的塑性較差的原因在于，在復(fù)合材料的制備過程中沒有嚴(yán)格地控制氧含量，使得復(fù)合材料中的氧含量高于2100ppm，形成的晶化相為枝晶狀。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在制備非晶合金基復(fù)合材料的過程中，通過控制合金原料的氧含量以及保護氣體或真空條件，使得復(fù)合材料中的氧含量為2100ppm以下，則可以形成等軸狀晶化相，并且制得的非晶合金基復(fù)合材料的塑性顯著改善。

本發(fā)明提供了一種非晶合金基復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括基體相和增強相，其中，所述基體相為非晶相，所述增強相為多個等軸狀晶化相，所述基體相是連續(xù)的，所述多個等軸狀晶化相分布在所述基體相中，該復(fù)合材料中的氧含量為2100ppm以下。

本發(fā)明還提供了所述復(fù)合材料的制備方法，該方法包括在保護氣體下或真空條件下對合金原料進(jìn)行加熱熔融，然后進(jìn)行冷卻，其中，控制合金原料的氧含量以及保護氣體或真空條件，使得復(fù)合材料中的氧含量為2100ppm以下。

本發(fā)明提供的復(fù)合材料中的氧含量為2100ppm以下，所述多個等軸狀晶化相分布在所述基體相中，復(fù)合材料的塑性顯著改善。

附圖說明

圖1表示實施例1和對比例1制得的復(fù)合材料的三點彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

圖2為實施例1和對比例1制得的復(fù)合材料的XRD圖譜；

圖3為實施例1和對比例1制得的復(fù)合材料的光學(xué)顯微照片。

具體實施方式

本發(fā)明提供的非晶合金基復(fù)合材料包括基體相和增強相，其中，所述基體相為非晶相，所述增強相為多個等軸狀晶化相，所述基體相是連續(xù)的，所述多個等軸狀晶化相分布在所述基體相中，該復(fù)合材料中的氧含量為2100ppm以下。

本發(fā)明對基體相和增強相的含量沒有特別的限定，但是優(yōu)選情況下，以基體相和增強相的總體積為基準(zhǔn)，增強相的含量為10-70體積％，基體相的含量為30-90體積％；更優(yōu)選地，以基體相和增強相的總體積為基準(zhǔn)，增強相的含量為30-50體積％，基體相的含量為50-70體積％。按照該優(yōu)選實施方式，所述復(fù)合材料可以實現(xiàn)良好的塑性、強度和硬度的綜合性能?；w相和增強相的體積可以按照本領(lǐng)域公知的方法進(jìn)行測定，例如相面積含量金相測定法或定量金相法。

理論上講，復(fù)合材料中的氧含量越低，越有利于形成等軸狀晶化相，也就越有利于提高復(fù)合材料的塑性，但是制造成本也會隨之增加，因此綜合考慮復(fù)合材料的塑性和制造成本，復(fù)合材料中的氧含量優(yōu)選為200-2000ppm。

等軸狀晶化相的主晶軸尺寸為5-30μm，結(jié)晶相前端曲率半徑不小于500nm。