[发明专利]一种锆基金属玻璃内生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，特别是一种锆基金属玻璃内生复合材料及其制备方法。

背景技术

块体金属玻璃（BMG）材料虽然具有高的断裂强度和硬度以及高的弹性应变极限，但是由于单相金属玻璃的塑性变形是通过高度局域剪切变形来实现，断裂前能够开动的剪切带数量十分有限，BMG在室温下会发生无宏观塑性变形的灾难性脆性断裂。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，其拉伸塑性应变达到3%。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复合材料的拉伸塑性提高到6%以上（具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料及其制备方法，专利申请号为201110099685.6）。

虽然上述铸态内生固溶体增塑BMG复合材料增塑效果显著，但是由于塑性固溶体相的强度远低于金属玻璃基体，因此造成复合材料强度大幅度下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型金属玻璃基内生复合材料。该复合材料的结构特点是以BMG为基体，以铸态内生金属间化合物相（IMC）作为第二相。该复合材料在保证金属玻璃的高屈服强度的同时，能够显著改善其室温脆性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种锆基金属玻璃内生复合材料，其合金元素原子百分比表达式为：Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e，其中44≤a≤49, 14≤b≤16, 13≤c≤17, 11≤d≤13, 5≤e≤18, a+b+c+d+e=100，该成分制备的金属玻璃复合材料在其玻璃基体上均匀弥散分布硬质脆性第二相Zr₂Cu。

一种制备上述的锆基金属玻璃内生复合材料方法，包括以下步骤：

第一步：选取块体金属玻璃合金体系，根据相选择原理，调整合金成分Zr_aTi_bCu_cNi_dBe_e，其中44≤a≤49, 14≤b≤16, 13≤c≤17, 11≤d≤13, 5≤e≤18, a+b+c+d+e=100，使其在凝固过程中能够先析出金属间化合物相Zr₂Cu；

第二步：采用电弧熔炼的方法，把第一步得到的合金成分熔炼成母合金；

第三步：母合金重新熔化，铜模吸铸制成型材；

第四步：再将型材放入处理好的坩埚中，采用感应熔炼至熔融状态，保温后采用快速顺序凝固工艺，从而制备出块体金属玻璃基体上均匀分布不同体积分数的铸态内生金属间化合物相的复合材料。

第一步中所述的合金组元纯度大于99.5%。

第四步中所述的快速顺序凝固工艺的抽拉速率为0.83-5mm/s。