[發明專利]一種納米氧化鋯/非晶合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110602632.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113337786B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 張茂;馬云飛;龔攀;王新云;鄧磊;金俊松;唐學峰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C22C45/10;B22F3/105;B22F9/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;孔娜

本發明屬于非晶合金相關技術領域，并公開了一種納米氧化鋯/非晶合金復合材料及其制備方法。復合材料中納米氧化鋯均勻分布在非晶合金基體中。制備方法包括下列步驟：S1選取非晶合金粉末和氧化鋯粉末，并將二者溶解在溶劑中形成混合均勻的溶液，利用該混合均勻的溶液制備并獲得非晶合金和氧化鋯的混合粉末；S2利用混合粉末燒結獲得塊狀坯料；利用該塊狀坯料在真空中制備氧化鋯/非晶合金復合材料，在該制備過程中，非晶合金熔融粘接，氧化鋯均勻分布在熔融的非晶合金中。通過本發明，制備出基體為完全非晶態結構的ZrO₂增強增韌非晶合金復合材料，通過氧化鋯自身的高強度和外在應力誘導納米氧化鋯相變，提高非晶合金的強度和斷裂韌性。

技術領域

本發明屬于非晶合金相關技術領域，更具體地，涉及一種納米氧化鋯/非晶合金復合材料及其制備方法。

背景技術

非晶合金由于其獨特的非晶態結構，不存在晶態合金中常見的晶界、位錯和偏析等缺陷，同時還比各種傳統材料具有更為優異的力學性能、良好的加工性能、耐腐蝕和優良的軟磁、硬磁以及獨特的膨脹特性等物理性能，在航空航天、精密器械、軍事化工等諸多領域，非晶合金均具有廣闊的潛在前景。但是非晶合金最大的的缺陷是缺乏宏觀室溫塑性變形能力，僅表現出極小的塑性變形能力，這也限制了非晶合金在結構材料和功能材料方面的應用。

在室溫下，非晶合金塑性很差，主要是因為非晶合金變形過程中，隨著載荷的增加，非晶合金試樣中的剪切帶沿著最大切應力方向擴展并沿著一條主剪切帶方向擴展至其貫穿整個試樣，所以非晶合金沒有表現出宏觀塑性并較早的斷裂失效。一般而言，增韌的主要機制就是抑制單一剪切帶的過度擴張和促進大量剪切帶的形成。

一般而言，在非晶合金中引入塑性良好的異質晶態相制備成非晶合金復合材料能夠有效改善非晶合金的塑韌性，但是不可避免地會降低所得到的非晶基復合材料的強度，而在非晶合金中引入強度良好的異質晶態相制備成非晶合金復合材料能夠有效提高非晶合金的強度，但是不會提高所得到的非晶基復合材料的塑韌性，這被稱為長期的強度-塑性權衡困境。因此，尋找能夠在不降低非晶合金強度的前提下提高其塑韌性的方式成為當前研究工作的熱點。由此，開發一種不降低非晶合金強度的前提下提高其塑韌性的方式的復合材料及其制備工藝應運而生。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種納米氧化鋯/非晶合金復合材料及其制備方法，在非晶合金基體中外添納米氧化鋯第二相，在受到外力時，氧化鋯相變顆粒的剪切應力和體積膨脹對基體產生壓應變，使裂紋停止延伸，以致需要更大的能量才使主裂紋擴展，即在裂紋尖端應力場的作用下，ZrO₂粒子發生四方相到單斜相的相變而吸收了能量，外力做了功，從而提高了非晶合金的斷裂韌性，實現誘導相變增韌，同時高抗壓強度的氧化鋯有助于非晶合金的強度進一步提高。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種納米氧化鋯/非晶合金復合材料，所述復合材料中納米氧化鋯均勻分布在非晶合金基體中，其中，所述納米氧化鋯的平均粒徑小于其室溫相變臨界顆粒直徑，體積分數為10％～50％。

進一步優選地，所述非晶合金基體的粒徑為所述納米氧化鋯粒徑的0.5～2倍，非晶形成臨界尺寸不小于10mm、過冷液相溫度區間ΔTx大于50K，且熱塑性成形能力指標S0.15。

進一步優選地，所述非晶合金基體的與納米氧化鋯的熱膨脹系數之間的差值不超過10％。

按照本發明的另一個方面，提供了一種上述項所述的納米氧化鋯/非晶合金復合材料的制備方法，該方法包括下列步驟：

S1選取非晶合金粉末和氧化鋯粉末，并將二者溶解在溶劑中形成混合均勻的溶液，利用該混合均勻的溶液制備并獲得非晶合金和氧化鋯的混合粉末；

S2利用所述混合粉末燒結獲得塊狀坯料；利用該塊狀坯料在真空中制備氧化鋯/非晶合金復合材料，在該制備過程中，非晶合金熔融粘接，氧化鋯均勻分布在熔融的非晶合金中。