[發明專利]Zr基非晶合金泡沫材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110268103.2
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102296204A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 戴蘭宏;魏秀;陳軍紅;蔣敏強
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C45/10
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，特別涉及一種開孔非晶合金泡沫材料及其制備方法。

背景技術

非晶合金泡沫材料是結合金屬泡沫和非晶合金兩者優點發展起來的一種新型功能結構材料。它不僅具有金屬泡沫的輕質、高比表面、吸聲、散熱、阻燃等獨特性能，而且還具有非晶合金的高強度、高斷裂韌性、高彈性極限、低模量以及良好的耐腐蝕性等優異特性，實現了“輕質”和“強韌”的理想結合。

因此，在航天航空、武器裝備、通信、交通運輸等領域顯示出良好的應用前景。更為重要的是，非晶合金泡沫材料同時具有高的坪應力和大應變，進而表現出高的能量吸收性能，這是其它泡沫金屬材料所不具備的。

如目前研究的含泡沫鋁的輕質復合裝甲系統中，由于泡沫鋁較低的屈服強度及較低的吸能本領使得該結構對背板層裂的防護及對擊波的衰減作用還不夠理想，而作為兼具較高的屈服強度和高的吸能本領的非晶合金泡沫材料則有望成為對輕質復合裝甲系統中填充材料的良好選擇。這樣也恰好迎刃而解的滿足了人們日益對低密度、更高強度材料的迫切需求。

目前，非晶合金泡沫材料的研究還處于初級階段，主要以各種制備方法的探索和材料組織的研究為主。非晶合金泡沫材料的制備方法主要有熔體發泡法、滲流鑄造法以及粉末冶金法。

發泡工藝受到很多因素控制，比如氣孔大小的控制、宏觀的均勻性和各向同性要求和成本效益等，粉末冶金技術受非晶粉末的制備、物性以及發泡過程中粉末顆粒界面的結合能力等因素，將會降低非晶合金泡沫材料的力學性能。采用滲流法則避免了氣孔不均勻和顆粒結合力等問題，能夠得到更加均勻的泡沫非晶結構。

由于受到非晶形成能力和冷卻速度的限制，目前可用于制備非晶合金泡沫的合金系主要是Pd基和Zr基。Pd基非晶合金受生產成本的限制，只能作理論探討；Zr基非晶合金非晶態形成能力強且成本相對低廉，因此Zr基非晶合金泡沫將成為面向工程應用的材料的良好選擇。

發明內容

本發明的目的：在于提供一種操作簡單、成本相對低廉、孔徑及尺寸均勻的開孔Zr基非晶合金泡沫的制備方法。

本發明的一種Zr基非晶合金泡沫的具體工藝如下：

(1)制作Zr基非晶母合金錠子；

(2)將造孔劑放入到銅模模具里，再將模具放入高真空電弧熔煉及吸鑄爐的吸鑄室內；

(3)將所制作的Zr基非晶母合金放入真空熔煉爐內，熔融后在一定的壓力下吸鑄到盛有造孔劑的銅模里，保壓一定時間后將模具取出；

(4)將樣品從模具中取出并去除掉造孔劑，即可得到開孔Zr基非晶合金泡沫。

優選地，所述Zr基非晶母合金錠子的制作過程是：按照Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5的原子百分比配比，取市售純金屬Zr、Ti、Cu、Ni、Be元素的塊、板或錠等的塊體材料，在經過Ti鈍化的高純氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠。

優選地，所述造孔劑為NaCl鹽顆粒或者偏鋁酸鈉鹽顆粒。

優選地，NaCl鹽顆粒為NaCl工業鹽顆粒，在將NaCl工業鹽顆粒放入到銅模模具之前要做如下處理：在500℃～600℃進行熱處理，去除結晶水以及吸收的水分，然后放置在150℃管式爐中保溫備用。

優選地，在將偏鋁酸鈉鹽顆粒放入到銅模模具之前要做如下處理：在900℃～1100℃進行熱處理，去除結晶水以及吸收的水分，隨后放置在200℃管式爐中保溫備用。

本發明還提供了一種Zr基非晶合金泡沫，具有如下組份：Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5，這里的配比為原子百分比。

本發明所制備的Zr基非晶合金泡沫材料解決了泡沫金屬強度低、耐腐蝕性差等問題，其次，本發明的Zr基非晶合金泡沫材料還解決塊體非晶合金室溫壓縮塑性變形差問題。此外，本方法通過選用價格低廉、來源廣泛且易去除的NaCl顆粒/NaAlO₂顆粒作為造孔劑，結合高真空熔煉-吸鑄系統，通過低壓滲流技術制備出不同孔徑的開孔Zr基非晶合金泡沫材料，不僅制作工藝簡單，而且成本低。

附圖說明