[发明专利]具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体就是在合理设计合金成分的基础上，发明了半固态顺序凝固技术，制备出一种大尺寸、无缺陷、组织均匀的内生塑性相金属玻璃复合材料，该复合材料具有良好的室温拉伸塑性及加工硬化性能。

背景技术

块体金属玻璃(BMG)具有高强度、高硬度、低的弹性模量与大的弹性应变极限等一系列不同于传统晶态合金的优异力学性能，使得其被认为是极具潜力的结构材料。然而，高度局域化的剪切行为使得BMG材料在没有明显室温宏观塑性变形的情况下，以突然失效的方式发生灾难性断裂，这严重地制约着BMG作为先进结构材料在工程中的大规模应用。因此，室温脆性问题已经发展成为BMG材料应用的重要瓶颈。

为改善BMG材料的室温脆性，2000年美国Johnson研究小组首次通过在Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金系中添加Nb合金化元素，制备出微米尺寸β-Zr(Ti)固溶体相增塑的BMG复合材料，其压缩断裂应变达到8％。随后，陈光等人通过对树枝晶β-Zr(Ti)相固溶体进行球化处理，将BMG复合材料的压缩断裂塑性提高到20％以上(大块金属玻璃复合材料中树枝晶球化的方法，专利申请号为200610085409.3)。但上述方法获得的金属玻璃复合材料并没有拉伸塑性能。

众所周知，压塑塑性不能代表材料的真实塑性，只有拉伸塑性才是材料塑性的真实反映。因此，只有压塑塑性而没有拉伸塑性的材料不能作为塑性材料在工程实际中应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异室温拉伸塑性，组织均匀，无缺陷的大尺寸金属玻璃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：一种具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料，合金成分表达式为：Zr_aTi_bM_cCu_dNi_eBe_f，其中M为Nb，V或Hf中的一种，a、b、c、d、e、f表示原子百分比，范围分别为10≤a≤70，10≤b≤70，4≤c≤20，2≤d≤20，0≤e≤15，5≤f≤22.5，a+b+c+d+e+f＝100。

一种具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料制备方法，包括以下步骤：

第一步：选取纯度大于99.5％合金元素Zr、Ti、M、Cu、Ni、Be，按照Zr_aTi_bM_cCu_dNi_eBe_f进行配比，并在钛吸氧的纯氩气氛电弧炉中熔炼母合金，使合金成分均匀化，吸铸成母合金型材，其中a、b、c、d、e、f表示原子百分比，范围分别为10≤a≤70，10≤b≤70，4≤c≤20，2≤d≤20，0≤e≤15，5≤f≤22.5，a+b+c+d+e+f＝100；

第二步：将母合金型材后放入坩埚内，加热至1300℃～1350℃，并保温，进行过热处理，熔解杂质相；

第三步：将温度降低到固液两相区内，进行半固态处理，控制析出的固溶体相的形貌和尺寸；

第四步：实施半固态顺序凝固形成金属玻璃复合材料。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)通过成分设计和半固态顺序凝固可以在实现对金属玻璃复合材料中固溶体相的体积分分数、晶粒尺寸的精确控制的同时，使处于半固态的合金在凝固过程中沿单一轴向散热，有效避免了常规凝固方法中由于各向冷却速率不同而引起的材料组织不均匀，消除了凝固过程中体积收缩造成的缩松等铸造缺陷，从而获得组织均匀、无缺陷的大尺寸金属玻璃复合材料试样。(2)制备的大尺寸金属玻璃复合材料具有显著的加工硬化能力和优异的拉伸强度及塑性。(3)可通过坩埚形状和尺寸的设计，实现构件的一步成型，工艺简单可控。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1是为金属玻璃复合材料的制备流程图。

图2是金属玻璃复合材料宏观样品、显微结构及XRD衍射图。

图3是金属玻璃复合材料的拉伸样品及力学性能曲线。

具体实施方式