[发明专利]一种锆基非晶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶复合材料及其制备方法，更具体地，本发明涉及一种锆基非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金是组成原子呈长程无序、短程有序的一类新型合金材料。由于其独特的微观结构，因而具有比常规晶态金属材料优异的力学、物理和化学等性能。这些优越的性能使得非晶合金在很多领域具有应用潜力。

从二十世纪九十年代初以来，以日本和美国为首，发现了一系列具有强非晶形成能力的合金成分，其中以锆基非晶合金最为容易制得，其临界冷却速率在1K/s量级，可以用铜模铸造和水淬等方法制备成三维块体材料。近来，国外又发展了多组元锆基块体非晶系合金，但是块状非晶复合材料在室温下的变形是通过形成高度局域化的剪切带进行的，虽然每一个剪切带内部局部塑性变形量非常大，但在平面应力仅有很少一部分剪切带被激活，导致非晶合金突然失效而没有宏观塑性变形的产生，表现为脆性材料的特征，这就限制了非晶合金作为结构材料的使用。

根据Acta Mater(第46卷，第18期，第6089页)，通过渗流铸造法制备W/Zr-Ti-Ni-Cu-Be非晶复合材料，与纯非晶相比，W的加入能使压缩塑性应变提高9倍。此外，根据Journal of Applied Physics(第83卷，第12期，第7993页)，通过铜模铸造法制备Nb/Zr-Ti-Cu-Ni-Be非晶复合材料，与纯非晶材料相比，压缩塑性伸长率和冲击值分别提高了6倍和2.5倍。然而，这些现有技术中开发的锆基非晶复合材料制备过程中使用昂贵的高纯度材料，仅由实验室制备，难以应用于工业化大规模生产，且其抗弯强度、冲击韧性不甚理想。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有技术的锆基非晶复合材料的综合性能不高且难以应用于工业化大规模生产的缺陷而提供一种能够应用于工业化大规模生产且具有较佳综合性能，特别是抗弯强度、冲击韧性较佳且具有较高塑性形变的锆基非晶复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种锆基非晶复合材料，其中，该锆基非晶复合材料含有如下述通式所示的主体材料：

[(Zr_1-xHf_x)₅₂Al₁₀Cu_30.5(Ni_1-yFe_y)_7.5]_100-a-bY_aM_b

其中，x表示Hf的原子数与Hf和Zr的原子总数的比例，x的范围为0-0.3；y表示Fe的原子数与Fe和Ni的原子总数的比例，y的范围为0-0.3；a表示Y的原子百分数，b表示M的原子百分数，0＜a≤8，0.01≤b≤15；M选自La系金属元素、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn和Si中的一种或几种；以所述锆基非晶复合材料的总体积为基准，所述非晶复合材料中的非晶态相的含量为50-95％，晶态相的含量为5-50％。

本发明还提供了一种锆基非晶复合材料的制备方法，其中，该方法包括在惰性气体保护下或真空条件下，将非晶复合材料原料进行熔炼并冷却成型，其中，所述锆基非晶复合材料的原料包括Zr、Al、Cu、Ni、Y和M以及选择性含有的Hf和Fe，各物质的加入量使所得复合材料含有如下述通式所示的主体材料：[(Zr_1-xHf_x)₅₂Al₁₀Cu_30.5(Ni_1-yFe_y)_7.5]_100-a-bY_aM_b；其中，x表示Hf的原子数与Hf和Zr的原子总数的比例，x的范围为0-0.3；y表示Fe的原子数与Fe和Ni的原子总数的比例，y的范围为0-0.3；a表示Y的原子百分数，b表示M的原子百分数，0＜a≤8，0.01≤b≤15；M选自La系金属元素、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn和Si中的一种或几种。