[發明專利]塑性鎢顆粒增強的鋯基非晶態合金復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410668782.6
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104404402A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 馬國峰;張鴻齡;賀春林;劉巖
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 趙越

技術領域

????本發明涉及一種合金復合材料及其制備方法，特別是涉及一種塑性鎢顆粒增強的鋯基非晶態合金復合材料及其制備方法。

背景技術

塊體非晶態合金具有很多獨特的性能，如高強度、高硬度、低彈性模量、極大的彈性應變以及粘滯態下良好的成型性等，在過去十幾年中引發了材料科學工作者們極大的興趣與廣泛的重視。但是，非晶態合金的變形是一種高度局域化的變形。主要的變形量集中在有限的幾條剪切帶內。雖然剪切帶內的相對變形量可以很大，但非晶態合金整體的塑性變形量卻非常有限?？傮w來說，非晶態合金是一種脆性材料。

為了改善這些單相塊體非晶合金的塑性，非晶合金基復合材料迅速發展起來。通過第二相與剪切帶的交互作用，阻止剪切帶的擴展并誘發多重剪切帶的形成，從而獲得較大的室溫塑性變形，使非晶態合金成為工程上不可多得的材料。

目前，增強Zr基非晶態合金的主要方法是內生析出韌性相或通過添加高硬度的陶瓷顆粒來阻礙剪切帶的擴展以提高其塑性。但是，由于內生析出相的尺寸有限，或者是陶瓷顆粒的本征脆性，這些方法對剪切帶的阻礙作用非常有限。通過這些方法制備的鋯基非晶態合金復合材料的室溫壓縮塑性變形量僅有10%?~?15%。為了能夠使鋯基非晶態合金成為一種實用的工程材料，迫切要求尋找更加有效的強化手段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種塑性鎢顆粒增強的鋯基非晶態合金復合材料及其制備方法，所制備的鋯基非晶態合金復合材料經X射線衍射和差熱分析證實，所獲得的非晶態合金復合材料樣品具有典型的非晶態合金的特征。保留了其高比強度的優點；與典型非晶態合金相比，鎢顆粒增強的復合材料具有更高的強度。

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本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

塑性鎢顆粒增強的鋯基非晶態合金復合材料，所述材料成分為Zr_50.5Cu_36.45Ni_4.05Al₉（原子百分比）+?鎢；鎢顆粒的體積百分數為2%?~?8%。

塑性鎢顆粒增強的鋯基非晶態合金復合材料制備方法，所述制備方法包括以下制備過程：

（1）配料：試驗所用單質原料均用鋼刷除去Zr、Cu、Ni和Al表面的氧化膜，利用精密電子天平稱出上述單質原料的質量，上述單質原料的總質量為120克；然后用石油醚和無水乙醇對上述單質原料進行超聲波清洗，最后把上述單質原料混合一起放入鎢極磁控電弧爐里面；

（2）母合金熔煉：將鎢極磁控電弧爐工作腔抽真空至?5~7×10^-4?Pa，再通入純度為?99.99?鎢t.%?的高純氬氣；將金屬鈦熔化，通過金屬鈦在高溫下強烈的氧化反應以進一步降低工作腔內氧的分壓，然后再熔煉上述單質原料，使其成為母合金鑄錠；為保證母合金鑄錠的化學成分均勻性，母合金鑄錠至少需要翻煉?4?次；熔煉完成后，母合金鑄錠隨鎢極磁控電弧爐冷卻至室溫，然后打開鎢極磁控電弧爐取出母合金鑄錠；

（3）感應熔煉：將上述母合金鑄錠和一定體積分數的鎢顆粒放入真空感應爐內熔煉爐中；熔煉時首先將爐腔抽真空至5～7×10^-4Pa，然后以高純氬氣作為保護氣進行感應熔煉；為了保證顆粒與合金熔體混合均勻，在合金的熔煉過程中還要施加電磁攪拌；熔煉完成后，鎢顆粒+母合金鑄錠混合合金隨真空感應爐冷卻至室溫，然后打開真空感應爐取出混合合金；

（4）銅模噴鑄：將上述混合合金壓碎成小塊合金，選擇約20克的小塊合金放入下面帶有直徑為1.5?mm小孔的石英管內，再把裝有小塊合金的石英管放進感應爐里；然后將感應爐工作腔抽真空至?1×10^-3?Pa，進行感應熔煉；待小塊合金由固體變成合金熔體，并且合金熔體的溫度達到預設溫度后，立即用高純氬氣將石英管內的合金熔體噴入正下方的銅模內，噴射氣壓控制在?0.025?MPa，冷卻速度10~10³K/s；噴鑄所得的材料即塑性鎢顆粒增強鋯基非晶態合金復合材料。

本發明中所制備的鋯基非晶態合金復合材料經X射線衍射和差熱分析證實，所獲得的非晶態合金復合材料樣品具有典型的非晶態合金的特征。并利用掃描電鏡（SEM）對試樣進行觀察。鎢顆粒的加入既沒有損害非晶態合金基體的形成能力，也沒有改變其熱力學行為。對直徑為2mm的復合材料樣品進行應變速率為4×10^-4?s^-1的室溫壓縮試驗。

性能指標為：

斷裂應力為?3.05±0.3GPa；塑性應變為39.6±3%?

本發明的優點與效果是：