[發(fā)明專(zhuān)利]塊狀非晶基復(fù)合材料鑄態(tài)韌性相晶體球狀化的方法及其專(zhuān)用裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910187761.1
• 申請(qǐng)日: 2009-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101665893A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武曉峰;張廣安;周岐;伍復(fù)發(fā)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 遼寧工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C45/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C45/00;C22C1/02;B22D27/02
• 代理公司: 錦州恒大專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 陳 明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非晶及其復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種塊狀非晶基復(fù)合材料鑄態(tài)韌性相晶體球狀化的方法及其專(zhuān)用裝置。?

背景技術(shù)

塊狀非晶合金由于具有極高的斷裂強(qiáng)度、彈性極限、斷裂韌性以及優(yōu)良的動(dòng)態(tài)壓縮性等獨(dú)特的力學(xué)性能，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，已被成功地用作高爾夫球桿等體育器材。但與以往的條帶等非晶合金相同，塊狀非晶合金在室溫下的變形是通過(guò)形成高度局域化的剪切帶進(jìn)行的，整個(gè)變形量取決于剪切帶的數(shù)量。雖然在每一個(gè)剪切帶內(nèi)部局部塑性變形量非常大，但在平面應(yīng)力即無(wú)約束條件下(如單向拉伸)，在失效前僅有很少一部分剪切帶被激活，破壞會(huì)沿著單一剪切帶橫穿試樣截面，導(dǎo)致試樣突然失效而沒(méi)有宏觀塑性變形的產(chǎn)生，表現(xiàn)為脆性材料的特征，這就限制這種材料作為結(jié)構(gòu)材料使用。?

要使非晶合金能夠產(chǎn)生大量、均勻的塑性變形就應(yīng)設(shè)法增加剪切帶的數(shù)量，最有效的方法是在非晶合金中引入晶態(tài)金屬，組成晶態(tài)金屬/非晶基復(fù)合材料。制備方法有外加復(fù)合和內(nèi)生復(fù)合兩種，外加復(fù)合存在外加顆粒與基體發(fā)生界面反應(yīng)、潤(rùn)濕性差、熱膨脹與比密度不相容及帶入污染等缺點(diǎn)。內(nèi)生復(fù)合也有兩種不同的制備方法，一種為對(duì)塊狀非晶合金進(jìn)行部分晶化處理，在非晶基體上析出細(xì)小而均勻的初生相。這種相一般為脆性的金屬間化合物，只能有限提高強(qiáng)度，并不能提高塑性，許多使塑性下降。另一種內(nèi)生復(fù)合方法是在熔體冷卻過(guò)程中控制冷卻條件，在非晶基體上鑄態(tài)原位析出韌性晶態(tài)相，不同程度地提高了材料的塑性變形能力。其中尤以在非晶基體上析出bcc-β等韌性固溶體相塑韌化效果最好。如在Zr-Ti-Cu-Ni-Be塊狀非晶形成成分基礎(chǔ)上加入Nb元素在非晶基體上鑄態(tài)原位析出微米尺度的bcc-βZr(Ti、Nb)樹(shù)枝晶固熔體，最大壓縮應(yīng)變率達(dá)8.26％。?

雖然鑄態(tài)韌性相增強(qiáng)非晶基復(fù)合材料韌性和塑性得到明顯改善，但由于塊狀非晶及其復(fù)合材料都是采用金屬型、水淬等激冷鑄造方法制備，在液態(tài)下先析出?的韌性相的形狀大多為樹(shù)枝狀，少量為星狀或花瓣?duì)睿曳植紭O不均勻，這將不利于非晶力學(xué)性能尤其是塑韌性的改善。另外，這類(lèi)韌性相的形成、大小及分布受冷卻速度的影響很大。即使在只有?3mm的截面上韌性相的分布也很不均勻，只在心部形成，其余為非晶相；Zr-Ti-Nb-Cu-Ni-Al合金除生成bccβ-Ti型韌性相外，在心部還出現(xiàn)脆性的準(zhǔn)晶和納米晶。這些都是截面各處冷卻速度不同造成的。韌性相的形狀同樣受冷卻速度影響，對(duì)于Ti50Cu23Ni20Sn7非晶基復(fù)合材料，直徑為2mm試樣斷面的β相為細(xì)小的枝晶狀和粒狀，當(dāng)直徑增加到3mm后變?yōu)榛ò曛睢?

綜上，采用目前的制備方法制得的鑄態(tài)韌性相增強(qiáng)非晶基復(fù)合材料中的韌性相的形成、形狀、大小及分布狀況不利于材料力學(xué)性能的大幅提高。這涉及到改變先析出韌性相的形核和長(zhǎng)大方式即凝固方式。但有關(guān)這方面的研究鮮有報(bào)道。最近，南京理工大學(xué)鑒于內(nèi)生晶體相形貌對(duì)復(fù)合材料性能影響顯著，設(shè)計(jì)了內(nèi)生塑性球晶/BMG復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)和制備方法。它采用具有強(qiáng)玻璃形成能力的合金成分，在保護(hù)氣氛下熔煉成母合金錠，然后將母合金錠破碎，置于真空加熱爐中的石英管中，石英管的底部帶有小孔，抽真空后，通入保護(hù)氣氛將合金加熱熔化，再將合金熔體鑄入水冷銅模，制備出塑性樹(shù)枝晶/大塊金屬玻璃復(fù)合材料板狀試樣，然后再將塑性樹(shù)枝晶/大塊金屬玻璃復(fù)合材料板狀試樣剪成條狀，裝入石英管中，抽真空后，裝石英管置于900～950℃的保溫爐中，等溫5～10分鐘，水淬后得到塑性球晶/BMG復(fù)合材料，球晶相的平均直徑和體積分?jǐn)?shù)分別約為18μm和30％。室溫壓縮時(shí)，這種含球晶的復(fù)合材料屈服強(qiáng)度和斷裂塑性應(yīng)變分別達(dá)到1325MPa和12.0％，與化學(xué)成分相同并含有相同體積分?jǐn)?shù)β相樹(shù)枝晶/BMG復(fù)合材料相比，屈服強(qiáng)度和斷裂塑性應(yīng)變分別提高了13％和20％。但這種復(fù)合材料中β相球狀晶需經(jīng)過(guò)熔煉母合金錠，制備β相樹(shù)枝晶/BMG復(fù)合材料板狀試樣，進(jìn)行二次加熱，在固液兩相區(qū)進(jìn)行等溫處理等多道工序才能獲得，工序多，升溫、保溫時(shí)間長(zhǎng)，增加了熔體污染的機(jī)會(huì)。且只能制備水淬試樣，即只適用于制備非晶形成能力很強(qiáng)的合金體系。另外，該類(lèi)復(fù)合材料所具有的仍然是壓縮塑性，離工程應(yīng)用仍有距離。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種初晶球化效率高、球化與組織易控制、工藝簡(jiǎn)單、處理時(shí)間短、合金污染少的塊狀非晶基復(fù)合材料鑄態(tài)韌性相晶體球狀化的方法及其專(zhuān)用裝置。

本發(fā)明的塊狀非晶基復(fù)合材料鑄態(tài)韌性相晶體球狀化的方法包括以下工藝步驟：?