[发明专利]高强韧镁基块体金属玻璃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁基块体金属玻璃复合材料及其制备技术，特别是一种高强韧内生金属间化合物/镁基块体金属玻璃基复合材料及其制备方法。

背景技术

块体金属玻璃(bulk metallic glass，简称BMG)具有高强度、高弹性极限、高耐蚀性等优异的性能，是一种有广泛应用前景的新型金属材料。随着社会进步和科技发展，对高性能轻金属材料的要求日益提高，作为特种轻金属材料的镁基合金正在引起大家愈来愈多的兴趣。但是，目前镁基块体金属玻璃仍然有一些缺陷，比较突出的是韧塑性差，强度低。在室温压缩试验中，多数镁基块体金属玻璃在达到屈服强度之前就发生灾难性的脆性断裂，碎成许多小块，导致断裂强度仅为800MPa。镁基非晶的低塑性严重限制了它在工程结构材料中的应用。因此，攻克镁基块体金属玻璃室温脆性成为国内外最前沿的研究热点。

为了提高镁基块体金属玻璃的强度和塑性，人们做了大量的工作，并取得了显著的成效。例如：专利(专利号：CN101348889)在Mg65Cu7.5Ni7.5Zn5Ag5Y10中加入13at％Fe，在非晶基体上原位析出富Fe的Fe94Ni5Cul，强度达到900MPa。另外，[Y.K.Xu，H.Ma，Acta.Mater.53.1857(2005)]还制备出SiC和TiB2颗粒增强Mg65Cu20Zn5Y10金属玻璃复合材料，强度也有一定的提高。虽然上述合金的强度都有所提高，但塑性改善不明显(～1.0％)。专利(专利号：CN101418423)发现了塑性变形达到22％的α-Mg固溶体增强的Mg80Ni8Zn5Y7非晶复合材料，但是由于合金中存在大量的软相α-Mg固溶体，复合材料的强度由800MPa降低为580MPa。显然上述方法均具有明显的局限性，不能同时提高Mg基块体金属玻璃的塑性和强度。

发明内容

本发明的目的在于针对镁基块体金属玻璃的室温脆性，提供一种新型镁基块体金属玻璃的复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高强韧Mg基块体金属玻璃复合材料，在Mg基非晶合金基体上均匀弥散分布着金属间化合物相。方法如下：第一步，选取Mg-TM-RE-Zn合金作为基体相，TM＝Cu，Ni；RE＝Ce，La，Y，Nd，在基体相合金中添加一种元素，该元素与主元素Mg的化合物形成焓为正，与合金中的TM为负；第二步，通过电弧熔炼法将第一步所得合金成分中的高熔点组元TM、RE制备成中间合金；第三步，将中间合金破碎与低熔点组元Mg、Zn一起放入容器中，采用感应熔炼法制成母合金；第四步：采用感应熔炼法将母合金重熔，通过低压铜模吹铸法将液态母合金制成棒材。

本发明与现有技术相比，其显著优点：所发明的复合材料以镁基块体金属玻璃(BMG)作为基体材料，相比于单相金属玻璃和以往的内生Mg基金属玻璃复合材料，基体中首先析出内生的金属间化合物(IMC)作为第二相，达到显著提高强度和塑性的目的。

附图说明

图1是本发明高强韧镁基块体金属玻璃复合材料的制备流程图。

图2是镁基单相金属玻璃和IMC/BMG复合材料微观结构形貌图。

图3是镁基单相BMG材料和IMC/BMG复合材料的DSC和XRD数据图。

图4是镁基单相BMG材料和IMC/BMG复合材料力学性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合金属材料的二元相图以及金属间化合物的形成焓，在传统的非晶形成能力较强的镁基非晶合金成分Mg-TM-RE-Zn(TM＝Cu，Ni；RE＝Ce，La，Y，Nd)基础上，添加一种合金元素，该元素与主元素Mg形成化合物的焓为正，同时与合金中至少一种元素形成化合物的焓为负(亲和力强)。使合金在液相时互溶，而在冷却过程中，添加元素与其形成焓为负的元素以金属间化合物的形式首先析出，剩余的合金成分形成为非晶基体。由于第二相为硬的金属间化合物，在施加应力载荷时，第二相能够有效的分担基体所承受的应力，起到提高强度的作用。在材料受力变形过程中，硬的金属间化合物可以阻碍剪切带以及微观裂纹的扩展。同时本方法制备的复合材料两相结合良好，因此应力在由“软”的基体传递到硬的金属间化合物相的过程中，在界面处集中，从而促进多重剪切带的产生。复合材料表现出明显的宏观塑性。复合材料中的金属间化合物避免了剪切带的局域化造成块体金属玻璃材料的室温脆性，同时使复合材料的断裂强度可以远高于相应的单相金属玻璃材料。