[發明專利]一種金屬玻璃復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611007006.7
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106636985B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 成家林;王章忠;趙偉;章曉波;巴志新
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 鄧麗

本發明公開了一種金屬玻璃復合材料及其制備方法，其制備方法如下：（1）選擇β?Zr/金屬玻璃復合材料或β?Ti/金屬玻璃復合材料為基礎合金；（2）添加0.5%?2%（重量百分比）的氮化鋯或氮化鈦粉末；（3）將基礎合金破碎成粉末，并添加的氮化鋯或氮化鈦粉末混合均勻，放入坩堝內感應加熱至熔化，并實施快速順序凝固，進而獲得具有殼核結構沉淀相的金屬玻璃復合材料。本發明制備了高強高韌的大尺寸金屬玻璃復合材料，該復合材料具有顯著的加工硬化能力和優異的拉伸強度及塑性。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，具體涉及一種金屬玻璃復合材料及其制備方法。

背景技術

塊體金屬玻璃(BMG)具有高強度、高硬度、低的彈性模量與大的彈性應變極限等一系列不同于傳統晶態合金的優異力學性能，使得其被認為是極具潛力的結構材料。然而，高度局域化的剪切行為使得BMG材料在沒有明顯室溫宏觀塑性變形的情況下，以突然失效的方式發生災難性斷裂，這嚴重地制約著BMG作為先進結構材料在工程中的大規模應用。因此，室溫脆性問題已經發展成為BMG材料應用的重要瓶頸。

為改善BMG材料的室溫脆性，2000年美國Johnson研究小組首次通過在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復合材料，其拉伸塑性應變達到3%。隨后，陳光等人通過對樹枝晶β-Zr(Ti)相固溶體進行球化處理，將BMG復合材料的拉伸塑性提高到6%以上（具有拉伸塑性的大尺寸金屬玻璃復合材料及其制備方法，專利申請號為201110099685.6）。但上述金屬玻璃復合材料的塑性的獲得，大幅度降低了強度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬玻璃復合材料，具有優異拉伸塑性和強度。

實現本發明目的的技術解決方案為：選擇β-Zr/金屬玻璃復合材料或β-Ti/金屬玻璃復合材料為基礎合金，其典型的合金體系為Zr-Ti-Nb-Cu-Ni-Be和Ti-Zr-V-Cu-Be。添加氮化鋯或氮化鈦粉末作為前驅體，調控金屬玻璃復合材料微觀結構，獲得具有殼核結構沉淀相的高強高韌金屬玻璃復合材料。

本發明中，添加氮化鋯或氮化鈦粉末前驅體的重量百分含量為0.5-2%，粉末的顆粒度為0.5-20μm。

本發明還公開了所述金屬玻璃復合材料的制備方法，其具體的制備工藝為：

第一步：按照基礎合金的預定成分進行配比，首先在氬氣保護氣氛下采用非自耗電弧爐熔煉均勻；

第二步：將基礎合金破碎成粉末，并添加相應的氮化鋯或氮化鈦粉末混合均勻，放入石墨坩堝中，感應加熱至2000℃，利用氮元素的高溫擴散，使添加的氮化鋯或氮化鈦前驅體粉末轉變為高氮含量高熔點的α-Zr或α-Ti相，并通過保溫時間調控析出α-Zr或α-Ti固溶體相的尺寸。

第三步：利用定向凝固設備，在4mm/s抽拉速率下實施快速順序凝固，凝固過程中，先析出的α-Zr或α-Ti將作為形核核心，促進β-Zr或β-Ti的析出，進而獲得具有殼核結構沉淀相（α-Zr/β-Zr或α-Ti/β-Ti）的金屬玻璃復合材料。所述金屬玻璃復合材料的室溫拉伸屈服強度≥1350MPa，室溫拉伸塑性≥5%。