[发明专利]一种不锈钢细管增强非晶合金复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及块体非晶复合材料的制备技术，具体为一种不锈钢细管增强非晶合金复合材料及其制备方法，尤其是拥有良好力学性能的Zr基块体非晶复合材料的制备方法。

背景技术

与传统的晶态合金材料相比，近年来发展起来的块体非晶合金因具有高强度、良好的弹性、以及优异的耐腐蚀性能等而备受人们的关注。块体非晶合金的实际应用主要受到了两方面的限制：(1)块体非晶合金的玻璃形成能力；(2)虽然拥有很高的断裂强度，但绝大多数块体非晶在室温下的断裂方式表现为脆性的：微观上变形主要集中在为数不多的剪切带上，宏观上表现为断裂前毫无任何征兆的脆性断裂。目前，块体非晶合金的玻璃形成能力比较差的问题已经得到较好的解决，已有很多合金体系发展出具有很高玻璃形成能力的块体非晶成分。同时，为了改善块体非晶的力学性能，诸如添加第二相颗粒、连续纤维复合以及内生析出相等方法，被用来制备出块体非晶合金复合材料。就Zr基块体非晶合金复合材料而言，为了有效改善其力学行能，添加的第二相颗粒多为Ta、Nb，而连续纤维复合则是采用体积百分比超过60％的W丝；这直接造成了复合材料的制备成本较高，同时也限制了这种新材料较为广泛的应用。采用廉价的材料来制备块体非晶复合材料将为这种新材料的现实应用铺平道路。实验表明，非晶合金压缩力学性能与其尺寸密切相关，尺寸越小性能越好；据此，如果在块体非晶复合材料中获得大量的非晶丝，那么将会对非晶复合材料的力学性能有显著的改善效果，为此选择不锈钢细管作为增强相制备非晶复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不锈钢细管增强非晶合金复合材料及其制备方法，它是廉价且有效改善Zr基块体非晶合金力学性能的方法，相较于Zr基块体非晶的近乎零的压缩应变，这种复合材料的压缩应变最高可达18％，从而为Zr基非晶的应用铺平道路。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种不锈钢细管增强非晶合金复合材料，不锈钢细管作为添加材料，添加于非晶合金基体中，不锈钢细管体积百分比为：18％～50％；非晶合金基体中分布着均匀的不锈钢细管，在不锈钢细管中形成非晶合金丝。

本发明中，非晶合金可以为Zr基块体非晶合金。

上述的不锈钢细管增强非晶合金复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

(1)配好原料后，在氩气保护下，经电弧熔炼制备出母合金锭；

(2)采用渗流铸造法，将合金熔体渗入不锈钢细管中，水淬冷却，从而制备出性能优异的块体非晶复合材料。

本发明中，该复合材料的基体成分可以为：Zr_50.5Cu_28.5Ni₅Al₁₂Ag₄(原子百分比)，不锈钢细管作为添加材料，添加于基体中，不锈钢细管体积百分比为：18％～50％(优选范围为：25％～45％)；非晶合金基体分布着均匀的不锈钢细管，在不锈钢细管中形成非晶合金丝。

本发明中，所用不锈钢细管的规格为：

外径：1.2mm～0.2mm；内径：1.0mm～0.1mm，壁厚：0.085mm～0.25mm。

本发明还提供了上述不锈钢细管增强非晶合金Zr_50.5Cu_28.5Ni₅Al₁₂Ag₄复合材料的制备方法，可有效改善了块体非晶复合材料压缩塑性，具体步骤如下：

(1)基础合金的具体成分为Zr_50.5Cu_28.5Ni₅Al₁₂Ag₄(原子百分比)，采用的原料均为高纯度(纯度≥99.9wt％)的纯金属(Zr、Cu、Ni、Al和Ag)，按原子百分比配好原料后，在氩气保护下，经电弧熔炼制备出母合金锭，为了保证所炼合金锭均匀，合金锭翻炼至少四次。

(2)将切割好的不锈钢细管依次用石油醚和酒精超声反复清洗四次后，再将细管在热处理炉中100℃保温1小时。

(3)采用渗流铸造法在950℃将合金熔体渗入不锈钢细管中，快速冷却，从而制备出性能优异的块体非晶复合材料。

本发明中，快速冷却的冷却方式为水淬冷却，冷却速度为300K/s左右。