[發明專利]一種高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610363301.X
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN106011696B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 何杰;王中原;習瑤瑤;趙九洲;江鴻翔;郝紅日
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

1.一種高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料，其特征在于：包括合金元素Fe和Cu形成液相分離合金Fe-Cu，以及添加的促進非晶形成的其他合金元素Zr和Al；合金熔體在發生玻璃轉變之前，發生納米尺度相分離，形成兩個都以Zr為主要組元的液相，其中一個液相以液滴形式或者互聯形式分布于另一個基體液相中；在單輥熔甩或銅模鑄造的快速冷卻條件下，兩液相發生玻璃轉變，原位內生形成含有高數量密度球形納米金屬玻璃粒子和基體金屬玻璃的塊體納米金屬玻璃材料；液滴中的Fe含量比基體液相中的高，而球形液滴中的Cu含量比基體液相中的低，Al在兩液相中分布較均勻；塊體納米金屬玻璃材料中，球形納米金屬玻璃粒子的直徑主要在2～10 nm范圍內；球形納米金屬玻璃粒子的數量密度為10²⁰～10²⁴ m^–3，體積分數為45～49.5%；在室溫下壓縮變形，塊體納米金屬玻璃材料由高度:直徑=2:1的柱狀塑性變形成高度:直徑<1:1的餅狀，其屈服強度在1.6～1.7GPa，其彈性極限不低2%。

2.按照權利要求1所述的高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料，其特征在于：塊體納米金屬玻璃材料中，合金元素Fe所占的原子比例為9～16%，合金元素Cu所占的原子比例為16～24%，合金元素Zr所占的原子比例為55～65%，合金元素Al所占的原子比例為2～10%。

3.按照權利要求1所述的高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料，其特征在于：球形納米金屬玻璃粒子中的合金元素Fe所占的原子比例12～20%，而基體金屬玻璃中的合金元素Fe所占的原子比例9～15%。

4.按照權利要求1所述的高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料，其特征在于：球形納米金屬玻璃粒子中的合金元素Cu所占的原子比例10～17%，而基體金屬玻璃中的合金元素Cu所占的原子比例21～30%。

5.按照權利要求1所述的高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料，其特征在于：球形納米金屬玻璃粒子和基體金屬玻璃中的合金元素Zr所占的原子比例都在55～65%，合金元素Al在球形納米金屬玻璃粒子和基體金屬玻璃中的所占原子比例相當。

6.按照權利要求1所述的高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料，其特征在于：塊體納米金屬玻璃材料中，球形納米金屬玻璃粒子的直徑和數量密度在2～10 nm和10²⁰～10²⁴m^–3范圍內，通過變化合金元素Fe與Cu的原子比n_Fe/n_Cu或者外加微量合金元素X進行調控，X=Nb或Ta。

7.按照權利要求1所述的高強高彈高塑性的塊體納米金屬玻璃材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）基于相分離現象，通過合金元素選擇與化學成分優化設計，使合金熔體在發生玻璃轉變之前，先發生納米尺度的液-液相分離，產生高數量密度的納米尺度的液滴，控制合金成分，使基體液相和納米液滴的體積分數相當，納米液滴均勻分布于基體液相中；

（2）所用Fe、Cu、Zr、Al金屬原料的純度不低于99.9wt%，表面清潔的市售的金屬原料置于電弧熔煉爐的水冷銅坩堝中，熔煉室真空度在不低于2.5×10^-3 Pa后，電弧熔煉前充入體積純度為99.999%的高純氬氣，直至熔煉室的氣壓達到0.05 MPa，在熔煉Fe、Cu、Zr、Al金屬原料前，先熔煉Ti錠吸收雜質，進一步純化保護氣體，在熔煉Fe、Cu、Zr、Al金屬原料時，采用電磁攪拌，熔煉電流控制在200～300A，反復熔煉3～4遍，從而獲得Fe-Cu-Zr-Al母合金錠；

（3）取母合金置于石英坩堝中，在真空度不低于2.5×10^-3 Pa的真空環境下感應加熱快速熔化合金，當溫度達到1100～1250℃后，采用冷卻速度不低于10³～10⁶ K/s的單輥熔甩或者銅模鑄造快速凝固技術制備納米金屬玻璃材料。