[發明專利]具有韌性晶體相CuaZrbAlcMd非晶合金復合材料及其晶體相的均勻化方法

無效

• 申請號: 201110225178.2
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102286707A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 李然;劉增乾;張濤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種對晶體相進行晶粒均勻化的方法，更特別地說，是指一種對Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金基復合材料中晶體相的均勻化方法。

背景技術

塊體非晶合金因其獨特的原子排列結構而具有高屈服強度、高硬度、高彈性變形極限、強耐磨性、強耐腐蝕性、較低的彈性模量以及過冷液相區間良好的加工性等優異性能，因而在航空航天、精密儀器、生物醫學和電子信息等領域顯示出廣泛的應用前景。然而，室溫下非晶合金的塑性變形主要依靠高度局域化的剪切帶進行，從而表現出顯著的室溫脆性和應變軟化等特點，限制了其作為結構材料的應用。

為改善單相非晶合金的力學性能，克服其室溫脆性及應變軟化等缺點，研究者們通常采用在非晶合金基體中引入晶態第二相的方法制備塊體非晶合金復合材料，利用第二相對剪切帶擴展的阻礙作用提高合金的塑性。其中，由CuZr(B2)相顆粒增韌的銅鋯基塊體非晶合金復合材料成功在非晶合金基體上引入具有形狀記憶效應的CuZr(B2)相。在拉伸變形過程中，模量較低的CuZr(B2)相顆粒一方面能夠阻止非晶基體中剪切帶的擴展，同時在應力作用下該晶體相可發生由立方相CuZr(B2)向高模量的單斜相CuZr(B19′)的馬氏體轉變，從而誘發產生多重剪切帶，使材料表現出明顯的宏觀拉伸塑性和加工硬化特性。對于該類復合材料，其力學性能高度依賴于晶體相顆粒的體積分數、大小及分布等結構特征。然而現有的工藝條件很難在制備過程中控制CuZr(B2)相顆粒的形核及長大過程，導致制備得到的復合材料中晶體相的大小及分布都不均勻，損害了材料的力學性能，也限制了該類復合材料的實際應用。因此，設計一種非晶合金復合材料中晶體相的均勻化方法、制備具有均勻的晶體相顆粒大小及分布的復合材料對于推動該類材料的發展、促進其實際應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是在于客服現有以CuZr(B2)相顆粒增韌的銅鋯基塊體非晶合金復合材料中晶體相大小及分布不均勻的缺點，從而設計一種對Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金基復合材料中晶體相的均勻化方法，提供一種具有均勻的晶體相顆粒大小及分布的非晶合金復合材料，提高材料的力學性能。本發明通過添加M元素在凝固過程中優先析出作為CuZr(B2)晶體相形核的異質形核核心，從而使得CuZr(B2)晶體相顆粒的大小和分布得到均勻化。

本發明是一種均勻彌散分布著韌性晶體相Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金復合材料，該Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金復合材料中a、b、c、d為摩爾百分數，44≤a≤50、44≤b≤50、3≤c≤7、0.05≤d≤1.50，且a+b+c+d＝100；M為金屬元素Ta、W、Mo、Nb、Hf、Re中的一種或兩種以上的組合；

所述Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金復合材料經X射線衍射分析，發現其為非晶合金復合材料結構，基體為非晶態結構，晶體相確定為CuZr(B2)相；

所述Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金復合材料經橫截面電鏡SEM掃描觀察，發現晶體相顆粒具有較均勻的大小與分布，顆粒大小為10～180μm；

所述Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金復合材料經萬能材料力學試驗機對復合材料試樣進行壓縮與拉伸力學性能測試發現，該復合材料具有良好的力學性能，其屈服強度為1450～1690MPa，壓縮塑性為8.0～9.2％，拉伸塑性為2.0～2.6％，且具有明顯加工硬化特性。

本發明制備具有韌性晶體相Cu_aZr_bAl_cM_d非晶合金復合材料的均勻化方法，首先采用在惰性氣氛保護下電弧爐熔煉目標成分合金，然后采用噴鑄、吸鑄或是水淬等快速凝固的方法制備各種尺度和形狀的塊體非晶合金，最后對制得的合金進行性能分析。