[发明专利]具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及非晶态合金领域，具体地说是通过合适的成分设计和冷却 速度调节得到具有大拉伸塑性和优良加工硬化能力的块体金属玻璃复合材 料。

背景技术

与常规晶体金属材料相比，金属玻璃材料的原子排列没有周期性，呈现 长程无序的特点，因而变形不是以位错的模式进行，而是以局域的剪切带 模式进行；这种变形特点在使金属玻璃具有高的硬度、强度，大的弹性模 量的同时，也造成了其最大的缺点：室温脆性和应变软化，严重制约着其 作为工程材料的应用。经过研究人员多年的努力，逐步开发出了一些具有 一定室温压缩塑性的金属玻璃体系，但是单一非晶相的金属玻璃材料在拉 伸变形时依然呈现出几乎为零的塑性变形。

从2008年开始，以美国加州理工学院W.L.Johnson教授研究组为首几 个研究组采用成分调控和半固态处理的方法，通过在金属玻璃的基体中内 生形成晶化相，在锆-钛-基的金属玻璃中开发出了几种具有拉伸塑性的块体 金属玻璃复合材料体系，这些内生枝晶的块体金属玻璃复合材料能够具有 大于10％的拉伸塑性，并可具有较大的抗疲劳性能，但其拉伸屈服后依然 呈现出应变软化的特点，亦即应力随着应变的增大而变小。应变软化的特 点使得金属玻璃复合材料在屈服后会发生迅速的断裂，而没有后续的承载 能力，因而该类的金属玻璃复合材料依然无法获得实际的工程应用。研究 表明，这类枝晶强化的块体金属玻璃复合材料的变形机理为通过在晶体-非 晶界面上的位错塞积的模式，实验证明，这种通过位错塞积模式的变形方 式不足以产生金属玻璃复合材料的拉伸加工硬化行为。

发明内容

本发明的目的在于通过在块体金属玻璃复合材料中原位生成能够在应 力作用下发生相变的晶态相，并通过变形过程中发生的孪晶相变来获得较 大的拉伸塑性和加工硬化能力，解决金属玻璃材料应变软化问题。因此， 本发明提供了一类能在不同冷却速度形成，且具有拉伸塑性和加工硬化能 力的块体金属玻璃复合材料。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料，是通过合 金成分控制和冷却速度调节，在金属玻璃中生成在变形过程中能够发生相 变的晶相，通过变形产生相变而获得具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体 金属玻璃复合材料。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料的合金成 分的表达式为：Zr_aCu_bAl_cM_d(原子摩尔比)，其中M为Co、Ni、Fe、Ti、 Zn、Ga、Sn、Mg中的至少一种，其中0≤a≤70，0≤b≤70，0≤c≤10，0≤d≤ 5，且a+b+c+d＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料的合金成 分的表达式为：Zr_aCu_bAl_cN_e(原子摩尔比)，其中N为V、Cr、Nb、Mo、 Ag、Au、Pd、Pt、Ta、W、Hf、Be、Pb中的至少一种，其中其中0≤a≤70， 0≤b≤70，0≤c≤10，0≤e≤3，且a+b+c+e＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料的合金成 分的表达式为：Zr_aCu_bAl_cT_f(原子摩尔比)，其中T为稀土元素中的至少一 种，其中0≤a≤70，0≤b≤70，0≤c≤10，0≤f≤2，且a+b+c+f＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料的合金成 分的表达式为：Zr_aCu_bAl_cM_dN_eT_f(原子摩尔比)，其中M取自Co、Ni、Fe、 Ti、Zn、Ga、Sn、Mg，N取自V、Cr、Nb、Mo、Ag、Au、Pd、Pt、Ta、 W、Hf、Be、Pb，T取自稀土元素，其中0≤a≤70，0≤b≤70，0≤c≤10，0≤d ≤5，0≤e≤3，0≤f≤2，且a+b+c+d+e+f＝100。

所述具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料中，a的取 值为a＝40-60。