[發(fā)明專利]具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010106006.9
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101787501A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳淵;呂昭平;陳國良;惠希東;張勇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;B22D18/06
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非晶態(tài)合金領(lǐng)域，具體地說是通過合適的成分設(shè)計和冷卻 速度調(diào)節(jié)得到具有大拉伸塑性和優(yōu)良加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材 料。

背景技術(shù)

與常規(guī)晶體金屬材料相比，金屬玻璃材料的原子排列沒有周期性，呈現(xiàn) 長程無序的特點，因而變形不是以位錯的模式進(jìn)行，而是以局域的剪切帶 模式進(jìn)行；這種變形特點在使金屬玻璃具有高的硬度、強度，大的彈性模 量的同時，也造成了其最大的缺點：室溫脆性和應(yīng)變軟化，嚴(yán)重制約著其 作為工程材料的應(yīng)用。經(jīng)過研究人員多年的努力，逐步開發(fā)出了一些具有 一定室溫壓縮塑性的金屬玻璃體系，但是單一非晶相的金屬玻璃材料在拉 伸變形時依然呈現(xiàn)出幾乎為零的塑性變形。

從2008年開始，以美國加州理工學(xué)院W.L.Johnson教授研究組為首幾 個研究組采用成分調(diào)控和半固態(tài)處理的方法，通過在金屬玻璃的基體中內(nèi) 生形成晶化相，在鋯-鈦-基的金屬玻璃中開發(fā)出了幾種具有拉伸塑性的塊體 金屬玻璃復(fù)合材料體系，這些內(nèi)生枝晶的塊體金屬玻璃復(fù)合材料能夠具有 大于10％的拉伸塑性，并可具有較大的抗疲勞性能，但其拉伸屈服后依然 呈現(xiàn)出應(yīng)變軟化的特點，亦即應(yīng)力隨著應(yīng)變的增大而變小。應(yīng)變軟化的特 點使得金屬玻璃復(fù)合材料在屈服后會發(fā)生迅速的斷裂，而沒有后續(xù)的承載 能力，因而該類的金屬玻璃復(fù)合材料依然無法獲得實際的工程應(yīng)用。研究 表明，這類枝晶強化的塊體金屬玻璃復(fù)合材料的變形機理為通過在晶體-非 晶界面上的位錯塞積的模式，實驗證明，這種通過位錯塞積模式的變形方 式不足以產(chǎn)生金屬玻璃復(fù)合材料的拉伸加工硬化行為。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過在塊體金屬玻璃復(fù)合材料中原位生成能夠在應(yīng) 力作用下發(fā)生相變的晶態(tài)相，并通過變形過程中發(fā)生的孿晶相變來獲得較 大的拉伸塑性和加工硬化能力，解決金屬玻璃材料應(yīng)變軟化問題。因此， 本發(fā)明提供了一類能在不同冷卻速度形成，且具有拉伸塑性和加工硬化能 力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料，是通過合 金成分控制和冷卻速度調(diào)節(jié)，在金屬玻璃中生成在變形過程中能夠發(fā)生相 變的晶相，通過變形產(chǎn)生相變而獲得具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體 金屬玻璃復(fù)合材料。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料的合金成 分的表達(dá)式為：Zr_aCu_bAl_cM_d(原子摩爾比)，其中M為Co、Ni、Fe、Ti、 Zn、Ga、Sn、Mg中的至少一種，其中0≤a≤70，0≤b≤70，0≤c≤10，0≤d≤ 5，且a+b+c+d＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料的合金成 分的表達(dá)式為：Zr_aCu_bAl_cN_e(原子摩爾比)，其中N為V、Cr、Nb、Mo、 Ag、Au、Pd、Pt、Ta、W、Hf、Be、Pb中的至少一種，其中其中0≤a≤70， 0≤b≤70，0≤c≤10，0≤e≤3，且a+b+c+e＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料的合金成 分的表達(dá)式為：Zr_aCu_bAl_cT_f(原子摩爾比)，其中T為稀土元素中的至少一 種，其中0≤a≤70，0≤b≤70，0≤c≤10，0≤f≤2，且a+b+c+f＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料的合金成 分的表達(dá)式為：Zr_aCu_bAl_cM_dN_eT_f(原子摩爾比)，其中M取自Co、Ni、Fe、 Ti、Zn、Ga、Sn、Mg，N取自V、Cr、Nb、Mo、Ag、Au、Pd、Pt、Ta、 W、Hf、Be、Pb，T取自稀土元素，其中0≤a≤70，0≤b≤70，0≤c≤10，0≤d ≤5，0≤e≤3，0≤f≤2，且a+b+c+d+e+f＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的塊體金屬玻璃復(fù)合材料中，a的取 值為a＝40-60。