[發明專利]一種外加的高韌性鋯基非晶復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810122693.X
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108385039B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 李丹;王晶
• 申請（專利權）人: 瑞聲精密制造科技（常州）有限公司
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/03
• 代理公司: 深圳紫辰知識產權代理有限公司 44602
• 代理人: 萬鵬

本發明涉及高機械性能的材料領域，特別涉及一種外加的高韌性鋯基非晶復合材料及其制備方法。該材料主要由鋯基非晶合金和第二相制成。本申請通過在原始非晶合金基體中加入第二相，第二相存在阻止了非晶中單一剪切帶的擴展，誘發了更多剪切帶的形成，在不降低原本合金材料斷裂彎曲強度的前提下，提高了材料的彎曲斷裂應變，本發明所提供的方法從原材料端改善材料本征特性，不需要對成型后產品進行表面處理等，且除母合金熔煉步驟外，無需引入額外工序，適合量產。

技術領域

本發明涉及消費類電子產品、精密器件(如機器人)、醫療器械、航天航空等應用領域的高機械性能的材料，特別涉及一種高韌性的超高強度鋯基非晶復合材料及其制備方法。

背景技術

非晶合金因其與常見晶體材料有明顯的結構區別而得名。一般材料均是以晶體的形式存在，而非晶的特性是長程無序(短程有序)、亞穩態(一定溫度晶化)、一定程度上的物理特性各向同性、沒有確切熔點、具有玻璃化轉變溫度點等。同時因其與常見的玻璃有類似結構，具有固態、金屬、玻璃的特性、也被稱為金屬玻璃(Metallic Glass)。由于其最大的結構特點就是沒有晶粒結構，直接由原子無規則均勻分布，原子之間通過金屬鍵連接。由于沒有晶粒結構，也就沒有晶界等缺陷以及晶格周期平移對稱性等特點，因此擁有傳統晶態合金材料不具備的優異性能，如高機械強度，高硬度，低彈性模量，高耐磨性，高耐蝕能力，以及優良的軟磁性能。非晶合金這種內部結構的是由熔融的母合金超急冷凝固形成的，其原子在凝固過程中來不及按周期排列，故形成了長程無序的非結晶狀態。非晶合金發現后，吸引了科研人員的幾十年的研究與探索，目前已經發現了如Zr基、Cu基、Al基、Fe基、Pd基、Ni基、Ti基、Mg基、稀土基等體系的非晶合金體系。

其中以Zr基塊體非晶合金材料研究成果最為顯著，雖然Zr基非晶合金在工業中的應用仍受到多方面應用的實際因素的制約，比如原料成本高，工藝條件苛刻，后處理加工復雜等。其中應用最大的制約因素在于非晶合金沒有塑性，因而市場應用反饋一直是躊躇不前。所以改善非晶合金的韌性成為此材料用于量產的迫切需求。

添加第二相制備非晶復合材料是改善非晶合金韌性方法的一種，但外加相與非晶基體間往往存在結合(潤濕性)問題，使得第二相與非晶基體界面強度較低。此外，外加相的添加往往需要較大體積分數(大于40％)才能達到增韌效果，因而容易引起外加相分布不均的問題。由于外加相的形狀不同，對于纖維狀、片層狀以及三維骨架狀第二相，往往需要通過浸滲或熱壓等方法制備非晶復合材料，不適合工業生產。因此，顆粒狀第二相的微添加成為工業量產用非晶復合材料的研究重點。

發明內容

本發明的目的在于克服上述問題，提供一種高韌性鋯基非晶合金復合材料。本申請通過在原始非晶合金基體中加入第二相，第二相存在阻止了非晶中單一剪切帶的擴展，誘發了更多剪切帶的形成，在不降低原本合金材料斷裂彎曲強度的前提下，提高了材料的彎曲斷裂應變，本發明所提供的方法從原材料端改善材料本征特性，不需要對成型后產品進行表面處理等，且除母合金熔煉步驟外，無需引入額外工序，適合量產。

本發明的另一目的是在提供上述一種鋯基非晶合金復合材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下措施達到：

一種鋯基非晶合金復合材料，該材料主要由鋯基非晶合金和第二相制成。

本發明的合金復合材料可以只由鋯基非晶合金和第二相制成，也可以進一步加入其他不影響合金復合材料主要性能的組分，以制成還具有其他性能的合金復合材料

本發明中的第二相為金屬或非金屬粉末，本申請通過將第二相與非晶母合金材料通過懸浮熔煉和真空壓鑄，制得具有優異機械性能的鋯基非晶復合材料。

以鋯基非晶合金和第二相的總體積為100％計，第二相的用量為20％以下，優選10％以下，進一步優選5％以下，最優選3％以下，更優選的范圍為0.5-3％。