[發(fā)明專利]鋯基非晶合金復(fù)合材料和薄壁件及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110708815.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN113444987A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫保安;任亞男;王貴清;何新寶;黃瀟;金穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格納金屬材料（東莞）有限公司
• 主分類號(hào): C22C45/10
• 分類號(hào): C22C45/10;B22D17/00;F16H55/06
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明提供一種鋯基非晶合金復(fù)合材料和薄壁件及其制備方法和應(yīng)用，鋯基非晶合金復(fù)合材料，該材料的原子百分比表達(dá)式為：Zr_aTi_bNb_cCu_dBe_e；其中30≤a≤50，25≤b≤40，5≤c≤10，5≤d≤10，10≤e≤25，并且滿足a+b+c+d+e＝100。提供的鋯基非晶合金復(fù)合材料，在工業(yè)級(jí)真空壓鑄機(jī)中能制備出非晶形成能力好、流動(dòng)性極好、非晶形成能力大、高性能的塊體非晶合金復(fù)合材料薄壁件，應(yīng)用于柔輪可以有效地降低其制造成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋯基非晶合金復(fù)合材料和薄壁件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

非晶合金是以較快的冷卻速度快速凝固而成，其原子在凝固過(guò)程中來(lái)不及按周期排列，故形成了長(zhǎng)程無(wú)序的非結(jié)晶狀態(tài)，與通常情況下金屬材料的原子排列呈周期性和對(duì)稱性不同，因而稱之為非晶合金，又稱之為金屬玻璃或玻璃態(tài)合金，大塊金屬非晶玻璃(BMGs)也因其獨(dú)特的力學(xué)、化學(xué)和物理性能而受到廣泛關(guān)注，是最有前途的結(jié)構(gòu)材料之一；1960年首次合成了具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬非晶玻璃，在20世紀(jì)90年代末，一些研究轉(zhuǎn)向了金屬玻璃基復(fù)合材料的增韌策略，開發(fā)了具有高韌性和抑制剪切帶快速擴(kuò)展的原位和非原位金屬玻璃基復(fù)合材料(MGMCs)。因此，高強(qiáng)度和高韌性的復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。在制備非晶合金的發(fā)展史中，從非晶膜、絲、條帶發(fā)展到塊體非晶棒、板、球，從最早的稀釋氣態(tài)凝聚方法制備非晶薄膜發(fā)展到后來(lái)的銅模吸鑄、噴鑄等工藝制備塊體非晶，都離不開高真空的條件(10^-3Pa)和快的冷卻速率，這些條件都極大限制了塊體非晶合金在工業(yè)級(jí)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

目前在工業(yè)級(jí)別生產(chǎn)中，塊體非晶合金一般均采用真空壓鑄方法，相比與吸鑄和澆注等其它的非晶成形鑄造方法，真空壓鑄具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)可直接成型薄壁深腔、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塊體非晶合金零部件；(2)該方法的冷卻速率很大，所以可以獲得較大體積的塊體非晶合金；(3)壓鑄成型的塊體非晶合金的表面層致密度較高，由于凝固速度快，所以晶粒非常細(xì)小，導(dǎo)致其強(qiáng)度較高；(4)真空壓鑄可以實(shí)現(xiàn)塊體非晶合金的自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，并且循環(huán)周期短，生產(chǎn)成本低。但工業(yè)級(jí)真空壓鑄機(jī)的真空度僅僅在10^-1Pa，極大地降低了非晶合金的形成能力。

非晶復(fù)合材料與單相非晶合金相比，最本質(zhì)的區(qū)別就是非晶復(fù)合材料是由枝晶相與玻璃基質(zhì)相共同組成，在室溫下，由于單始剪切帶的迅速傳播，導(dǎo)致單始剪切帶的局部化變形，導(dǎo)致單相BMGs失效；為了避免單相BMGs在加載后的早期破壞，最簡(jiǎn)單的方法是引入第二相，可以直接阻止剪切帶的演化為宏觀裂紋，鼓勵(lì)多個(gè)剪切帶的形成，從而提高塑性。非晶合金復(fù)合材料(BMGCs)是具有顛覆性的新一代綠色環(huán)保高性能金屬材料，集高硬度、高彈性極限、高屈服強(qiáng)度、優(yōu)異耐磨性能、低密度和低彈性模量等優(yōu)異性能于一體的材料，也可適用于航天器的極端環(huán)境應(yīng)用。但非晶復(fù)合晶體相之后，鑄造流動(dòng)性降低，尤其是薄壁件的鑄造。

非晶合金的制備環(huán)境通常在高真空狀態(tài)下(10^-3Pa)，工業(yè)級(jí)真空壓鑄機(jī)的真空度(10^-1Pa)大大限制了非晶合金的制備與應(yīng)用。SWG的主要失效發(fā)生在柔輪上，柔輪必須能夠被加工成非常薄的管壁，還要允許在合理的應(yīng)力下彎曲，還必須有足夠的硬度以避免齒的磨損退化，有足夠的韌性，除此之外還必須具有特別的抗疲勞能力。由于這些限制，很少有材料適合作為柔輪。目前大多數(shù)諧波傳動(dòng)是由鋼制造，但是據(jù)統(tǒng)計(jì)，柔輪的復(fù)雜加工占諧波傳動(dòng)齒輪制造總成本的一半。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鋯基非晶合金復(fù)合材料和薄壁件及其制備方法和應(yīng)用，提供的鋯基非晶合金復(fù)合材料，在工業(yè)級(jí)真空壓鑄機(jī)中能制備出非晶形成能力好、流動(dòng)性極好、非晶形成能力大、高性能的塊體非晶合金復(fù)合材料薄壁件，應(yīng)用于柔輪可以有效地降低其制造成本。

鋯基非晶合金復(fù)合材料，該材料的原子百分比表達(dá)式為：