[發明專利]一種具有大彈性變形能力的銅鋯鋁基金屬玻璃復合材料

有效

• 申請號: 201410773149.3
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105779910B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 伍復發;蔣松山;武曉峰;張廣安
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/03
• 代理公司: 錦州恒大專利事務所21222
• 代理人: 陳明

技術領域

本發明涉及金屬玻璃及其復合材料領域，尤其是一種具有大彈性變形能力的銅鋯鋁基金屬玻璃復合材料。

背景技術

相對于其他鈦基、鋯基和鐵基等塊體金屬玻璃，銅鋯鋁基塊體金屬玻璃的組元少，制備工藝相對簡單，成本較為低廉。銅鋯鋁金屬玻璃不但具有高強度、大彈性變形、高硬度、耐磨損和耐腐蝕等優良性能，其彈性變形能力達到2%，還具有較小的膨脹系數，適于近終成形，成形后表面光潔度高，因此是一種潛在的優良結構材料，未來可用于高爾夫球頭、棒球、網球拍等高端體育器材和高端消費類電子設備的外殼與連接件。這類材料不但具有良好的結構性能，還具有很好地裝飾性能。

但是銅鋯鋁基金屬玻璃在宏觀上表現出極大的脆性，在這一定程度上限制了其在結構材料方面的應用。通常采用復合的方法來提高銅鋯鋁金屬玻璃的韌性，目前較為有效的方法是通過內生原位形成第二相來阻礙剪切帶的擴展，減小剪切帶的長度，增加剪切帶之間、剪切帶與增強相之間的交互作用，從而提高銅鋯鋁基金屬玻璃的韌性，如Cu₄₈Zr₄₈Al₄，Cu_47.5Zr_47.5Al₅和Cu_47.5Zr₄₈Al₄Co_0.5等金屬玻璃復合材料。這些金屬玻璃復合材料均具有良好的塑性變形能力，甚至有的可以在拉伸載荷下表現出明顯的加工硬化現象。然而，由于第二相的強度較低，易于發生塑性變形，通常它們的彈性變形都低于1%，因此導致金屬玻璃復合材料的彈性變形能力急劇下降，也就是說這些銅鋯鋁基金屬玻璃復合材料都具有一個明顯的缺點，即銅鋯鋁金屬玻璃復合材料的彈性變形極限值小于1%，要低于純金屬玻璃的彈性變形極限值，它們不再具有發生大彈性變形的能力。這些金屬玻璃復合材料韌性的提高是以犧牲金屬玻璃的大彈性變形為代價，因而影響了它們在彈性器件領域的應用。

發明內容

本發明目的是在銅鋯鋁基金屬玻璃中，通過添加B2穩定元素Nb，提供了一種具有大彈性變形能力的銅鋯鋁基金屬玻璃復合材料。

本發明所采用的技術方案是：以Cu₄₈Zr₄₈Al₄為金屬玻璃的模型材料，添加B2穩定元素Nb，并調整Cu、Zr和Al的原子百分比，其合金成分原子百分比表達式為：Cu_aZr_bAl_cNb_d，其中，45≤a≤49，45≤b≤50，2≤c≤5.5，0.5≤d≤3，a﹢b﹢c﹢d =100，基體相為銅鋯鋁基金屬玻璃，其化學成分為：Cu_40-45Zr_48-52Al_3-5Nb_2-4（原子百分比），增強相是具有體心立方結構的B2相，其化學成分為Cu_39-43Zr_50-54Al_2-4Nb_1-3（原子百分比），增強相的體積分數在20-50%之間。

所述的合金組元的純度為99.9%。

本發明的有益效果是：通過添加Nb元素獲得了亞穩B2相增強銅鋯鋁基金屬玻璃復合材料，該增強相在變形過程中具有部分可逆的特性，且可發生變形強化并具有大彈性變形的特性，預變形之后可使金屬玻璃復合材料內部B2相和基體相分別處于拉應力和壓應力狀態，從而使該金屬玻璃復合材料具有在拉伸載荷下發生大彈性變形的能力，該復合材料的斷裂強度超過了1400MPa，延伸率可達15%，經預變形之后在拉伸載荷下可發生2-3%的非線性大彈性變形，其彈性變形極限值高于現有的塊體金屬玻璃復合材料和塊體純金屬玻璃。

具體實施方式

實施例一：

（1）選用純度為99.9%的Cu、Zr、Al和Nb純金屬原料，按照原子百分比進行配料，其中Cu含量為45%，Zr含量為50%，Al含量為2%，Nb含量為3%，并將各成分的質量誤差控制在0.5%以內；

（2）在非自耗真空電弧爐的中間銅坩堝的吸氣工位內放入吸氣除氧用的海綿鈦。將Zr和Nb原料放在真空電弧爐的一個水冷銅坩堝內，將其余的Cu和Al放入另一水冷銅坩堝內，將Al放置在最底層，用Cu將其覆蓋；

（3）對電弧爐熔煉室抽真空至5×10^-3Pa，然后充入高純氬氣，氬氣純度大于99.999%，使熔煉室氣壓達到0.05MPa；