[發(fā)明專利]一種塑性鋯基金屬玻璃及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210401806.2
• 申請(qǐng)日: 2012-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN102899592A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳光;成家林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C45/10
• 分類號(hào): C22C45/10
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)，特別是一種塑性鋯基金屬玻璃及其制備方法。

背景技術(shù)

塊體金屬玻璃（BMG）材料雖然具有高的斷裂強(qiáng)度和硬度以及高的彈性應(yīng)變極限，但是由于單相金屬玻璃的塑性變形是通過高度局域剪切變形來實(shí)現(xiàn)，斷裂前能夠開動(dòng)的剪切帶數(shù)量十分有限，BMG在室溫下會(huì)發(fā)生無(wú)宏觀塑性變形的災(zāi)難性脆性斷裂。因此，室溫脆性問題已經(jīng)發(fā)展成為BMG材料應(yīng)用的重要瓶頸。

為改善BMG材料的室溫脆性，國(guó)內(nèi)外研究人員在金屬玻璃中引入了不同強(qiáng)度和彈性模量的第二相來制備出BMG復(fù)合材料，利用第二相來阻礙單一剪切帶的滑移，并通過多剪切帶的產(chǎn)生、分叉和偏轉(zhuǎn)以及湮滅來提高材料的宏觀塑性。其中最具有代表性的工作是2000年美國(guó)Johnson研究小組通過在Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金系中添加Nb合金化元素，制備出微米尺寸β-Zr(Ti)固溶體相增塑的BMG復(fù)合材料，其斷裂應(yīng)變可以達(dá)到8.26%。微觀結(jié)構(gòu)控制方面，陳光等人通過對(duì)樹枝晶β-Zr(Ti)?相固溶體進(jìn)行球化處理，將BMG復(fù)合材料的斷裂塑性已經(jīng)提高到20%（大塊金屬玻璃復(fù)合材料中樹枝晶球化的方法，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610085409.3）。

雖然上述鑄態(tài)內(nèi)生固溶體增塑BMG復(fù)合材料增塑效果顯著，但是由于塑性固溶體相的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于金屬玻璃基體，因此造成復(fù)合材料強(qiáng)度大幅度下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過適當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)計(jì)，以常見金屬元素為組元，開發(fā)出具有強(qiáng)玻璃形成能力并高強(qiáng)高韌的塑性鋯基金屬玻璃。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種塑性鋯基金屬玻璃，其合金元素原子百分比表達(dá)式為：Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e，其中46≤a≤50,?14≤b≤18,?9≤c≤11,?7≤d≤9,?16≤e≤19,?a+b+c+d+e=100。

一種制備上述的塑性鋯基金屬玻璃方法，包括以下步驟：

第一步：選取塊體金屬玻璃合金體系，根據(jù)相選擇原理，結(jié)合二元合金相圖，設(shè)計(jì)并調(diào)整合金成分Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e，其中46≤a≤50,?14≤b≤18,?9≤c≤11,?7≤d≤9,?16≤e≤19,?a+b+c+d+e=100；

第二步：采用電弧熔煉的方法，將合金原料熔煉成母合金；

第三步：母合金重新熔化，銅模重力鑄造得到塑性鋯基金屬玻璃。

第一步中所述的合金組元的純度大于99.5%。

第三步中所述的塑性鋯基金屬玻璃的壓縮塑性最大可達(dá)到10%。

第三步中所述的塑性鋯基金屬玻璃為全非晶結(jié)構(gòu)，其最大直徑為35mm?。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)?本發(fā)明的鋯基金屬玻璃具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，其室溫壓縮強(qiáng)度達(dá)到了1900MPa，塑性應(yīng)變也超過了8%；(2)?本發(fā)明的鋯基金屬玻璃具有非常強(qiáng)的玻璃形成能力，采用水冷銅模重力鑄造可制備35mm直徑的全非晶試棒。

附圖說明

圖1是本發(fā)明塑性鋯基金屬玻璃制備流程圖。

圖2是實(shí)施例1塑性鋯基金屬玻璃金相組織及XRD圖（a為微觀組織圖，b為XRD圖）。

圖3是實(shí)施例1塑性鋯基金屬玻璃室溫壓縮曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述

(1)?合金成分設(shè)計(jì)：

選擇具有良好玻璃形成能力(GFA)的Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金體系，根據(jù)相選擇原理，結(jié)合二元合金相圖，進(jìn)行合金成分設(shè)計(jì)。具體而言，就是通過調(diào)整合金元素Zr、Ti、Cu、Ni、Be的相對(duì)比例，得到所需合金成分范圍，Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e（原子百分比）表示，其中46≤a≤50,?14≤b≤18,?9≤c≤11,?7≤d≤9,?16≤e≤19,?a+b+c+d+e=100。

(2)?母合金熔煉：

根據(jù)(1)成分設(shè)計(jì)所得到的不同合金元素之間的原子百分比換算出質(zhì)量百分比，采用高純金屬組元配置出所需的合金。在高純Ar氣保護(hù)下，利用熔煉Ti或Zr純金屬去除腔內(nèi)殘余氧，采用水冷銅坩堝非自耗電弧熔煉設(shè)備熔制母合金。母合金多次熔煉的同時(shí)進(jìn)行電磁攪拌以得到混合均勻的母合金扣錠。?

(3)?材料成型：