[发明专利]一种双重复合高强韧块体非晶合金及其制备方法

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，特别是一种非晶基体中含有双增强相的非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

20世纪80年代以来，块体非晶合金以其优异的力学性能成为国际研究的热点和前沿问题。但是，几乎所有的单一非晶合金材料宏观上均表现为脆性，这严重限制了它在工程上的应用。为解决这一严重问题，在单一非晶基体内引入第二相，形成非晶复合材料，不仅可以发挥出非晶合金高强度的特点，而且使塑性较之单一非晶合金有了大幅度提高。1998年，Jonhson等在非晶合金基体中通过外加连续纤维增强相，采用渗流铸造法制备出连续纤维锆基非晶复合材料，压缩塑性显著改善[R.D.CONNER，R.B.DANDLIKER，W.L.JOHNSON.Acta.Mater46.6089(1998)]；2006年，陈光等发明了一种大块金属玻璃复合材料中树枝晶球化的方法(专利号：CN100494437C)，通过低压铸造/水冷铜模急冷成型系统制备出塑性树枝晶/大块金属玻璃复合材料板状试样，再将塑性树枝晶/大块金属玻璃复合材料板状试样等温处理，然后水淬，制备出一种内生塑性球晶相非晶复合材料，可以显著提高非晶合金的宏观塑性。上述报道的非晶复合材料，除基体外，仅有一种增强相来提高材料的塑性，这些增强相通过外加法或者内生法形成。外加法对增强相的分布状态难以控制，并且增强相与基体的界面能相对较高，在界面处通常会发生界面反应生成脆性相，这些因素不利于材料的力学性能提高；内生法可以使增强相在基体中原位反应生成，并且分布比较均匀，增强相与基体的界面能相对较低，但是内生法制备的复合材料屈服强度比较低，因此对材料综合力学性能的贡献有限。

另外，连续纤维增强非晶复合材料的制备方法为渗流铸造，而专利号：CN100494437C制备塑性球晶/非晶复合材料的方法是先通过低压铸造/水冷铜模急冷成形获得所需形状的固体大块非晶复合材料，再将其升温并保温球化。显然，采用该方法不能加入连续纤维增强相，因此不能制备出基体内同时含有内生相和外加连续纤维的双重复合非晶复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基体内同时含有外加连续纤维和内生增强相的非晶复合材料及其制备方法，在获得高塑性的同时，保持高强度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种双重复合高强韧块体非晶合金，非晶合金基体中分布着外加连续纤维和内生增强相；外加连续纤维为钨纤维、钢纤维、钼纤维、碳纤维或玻璃纤维；内生增强相为固溶体相或金属间化合物相。非晶合金基体为锆基或镁基，化学组分包括Zr-Ti-Nb-Cu-Ni-Be，(Mg_0.65Cu_0.10Ni_0.10RE_0.10Zn_0.05)_100-xZr_x，Mg-Cu-Y-Zn。

一种双重复合高强韧块体非晶合金的制备方法，步骤如下：

第一步，选定Zr-Ti-Nb-Cu-Ni-Be母合金基体成分偏离共晶点，通过电弧熔炼将其熔炼为母合金锭；或选取Mg-TM-RE-Zn合金作为基体相，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，通过电弧熔炼将高熔点组元TM、RE制备成中间合金，将中间合金破碎与低熔点组元Mg、Zn一起放入容器中，采用感应熔炼制成母合金；

第二步，将表面处理后的连续纤维，截成小段，校直，按设定的体积分数装入变径石英管底部，制备出复合材料预制体；基体为镁基时，石英管换为不锈钢管；

第三步，将装有母合金和预制体的变径石英管或不锈钢管上端接上三通阀，与真空和充气设备相连，并将其母合金和预制体的部分放在加热设备的合适位置固定；

第四步，将石英管内部抽至真空，加热预制体至保温温度，感应重熔母合金锭，当用不锈钢管时，采用电阻炉加热熔化母合金，充入高纯氩气，母合金熔体在压力下吹入预制体上端面，保持压力，使熔体渗入预制体内，或采用调压渗铸法；

第五步，达到保温时间后，断开石英管或不锈钢管上端接口，快速淬入冷却液中成形。