[發明專利]一種混雜相增強鋯基非晶復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110605221.1
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113322422A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 郭威;邵雨曼;趙覓;呂書林;吳樹森
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/03;C22B9/04;C22B4/06;B22D21/02
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王珣玨;彭翠

本發明屬于非晶合金復合材料技術領域，并具體公開了一種混雜相增強鋯基非晶復合材料及其制備方法，該復合材料組成表達式為(Zr_aCu_bAl_c)_dTa_e，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e為原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；所述復合材料的基體是鋯基非晶合金，增強相為核殼結構的混雜相，其中富Ta相為所述混雜相的核心，B2?CuZr相和B19'?CuZr相為所述混雜相的殼。本發明成功細化了鋯基非晶復合材料中B2?CuZr相的尺寸并實現了其較均勻分布，同時引入了一種核殼混雜的復雜復合結構，進一步提高了鋯基非晶復合材料的室溫綜合力學性能，拓展了鋯基非晶的應用前景。

技術領域

本發明屬于非晶合金復合材料技術領域，更具體地，涉及一種混雜相增強鋯基非晶復合材料及其制備方法。

背景技術

不同于傳統晶態合金，通過快速冷卻而獲得的非晶合金保留了液體金屬內部原子排列短程有序、長程無序的特征，非晶合金內部不存在晶界和位錯等缺陷，表現出優于晶態合金的高強度、高硬度、大彈性極限等性能特點。目前，研究開發雖已得到了Zr基、Al基、Mg基、Ti基、Fe基等一系列非晶合金，但絕大多數非晶合金表現出室溫脆斷特征，不利于其實際應用。非晶合金的變形集中在局域狹窄剪切帶內，使局域溫度升高軟化，迅速失穩轉化為裂紋。向非晶基體中引入晶態第二相可有效緩解形變局域化特征，促使剪切帶發生增殖，使變形更加均勻地分布在多重剪切帶中，可有效提高非晶合金的室溫塑性。

近年來，部分ZrCu系非晶合金中發現了原位自生的B2-CuZr相(D.C.Hofmann.Shape memory bulk metallic glass composites.Science,2010(329):1294-1295)，其不僅可抑制變形過程中合金基體剪切帶的迅速擴展，同時本身可發生應力誘發馬氏體相變而產生明顯的加工硬化行為，為改善非晶合金的室溫脆性、拓展非晶合金的應用前景提供了一種新途徑。然而，由于試樣中溫度梯度和冷卻速率的變化，原位析出的B2-CuZr通常尺寸粗大且分布不均勻，不利于合金力學性能的提高。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種混雜相增強鋯基非晶復合材料，旨在解決現有ZrCu系非晶合金中由于B2-CuZr相分布不均勻及尺寸粗大而導致合金塑性低的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種混雜相增強鋯基非晶復合材料，其組成表達式為(Zr_aCu_bAl_c)_dTa_e，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e為原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；

所述復合材料的基體是鋯基非晶合金，增強相為核殼結構的混雜相，其中富Ta相為所述混雜相的核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相為所述混雜相的殼。

進一步優選地，所述復合材料組成表達式中，92≤d≤95，5≤e≤8。

按照本發明的另一方面，提供了一種混雜相增強鋯基非晶復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、按照所制備復合材料的組成準備Zr、Cu、Al和Ta原料，該復合材料組成表達式為(Zr_aCu_bAl_c)_dTa_e，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1，d、e為原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；

S2、對原料中的Zr、Ta進行真空電弧熔煉得到Zr-Ta中間合金，再對Zr-Ta中間合金和原料中的Cu、Al進行真空電弧熔煉得到Zr-Cu-Al-Ta母合金；