[发明专利]一种双球晶相/锆基非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双球晶相/非晶复合材料及其制备方法。本发明的锆基非晶复合材料的化学表达式为（Zr_aTi_bCu_cNi_dNb_eBe_f）C_g（原子百分比），其中35≤a≤70，5≤b≤15，5≤c≤20，2≤d≤12，5≤e≤15，5≤f≤23，0.5≤g≤2，a+b+c+d+e+f+g=100。根据材料复合原理，在非晶基体上复合大尺寸塑性相β‑Zr（Ti）相来提升材料塑性，复合细小均匀陶瓷相ZrC相来增强材料屈服强度。具体制备方法如下：熔炼母合金锭，并铸成母合金型材；将母合金型材放入坩埚中加热至完全熔化，过热处理一定时间后降温至固液两相区，进行半固态处理，控制相的形貌和尺寸，然后采用快速顺序凝固方法，获得β‑Zr（Ti）相和ZrC相双球晶相复合的锆基非晶复合材料。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，特别是发明了一种双球相复合的锆基非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

与传统材料相比，块体金属玻璃(BMG)具有强度高、硬度大的优点，但特殊的原子结构同样也导致了其具有室温脆性这一严重缺陷，阻碍了BMG在工程上的应用。因此，寻找提高BMG塑性的途径一直是非晶合金研究的热点问题。

针对这一问题研究人员也进行了大量的努力，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，随后陈光等人又对树枝晶态固溶体进行半固态处理，通过球化进一步改善性能。虽然固溶体相可以一定程度上增强非晶复合材料的塑性，但会严重牺牲材料的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双球晶复合的新型锆基金属玻璃内生复合材料及其制备方法。该复合材料的结构特点是以BMG为基体，近球形大尺寸β-Zr相和细小均匀球状的ZrC相作为第二相。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种双球晶相复合的锆基金属玻璃复合材料，其合金成分表达式为：（Zr_aTi_bCu_cNi_dNb_eBe_f）C_g（原子百分比），其中35≤a≤70，5≤b≤15，5≤c≤20，2≤d≤12，5≤e≤15，5≤f≤23，0.5≤g≤2，a+b+c+d+e+f+g=100；该复合材料是以非晶为基体，以大尺寸内生塑性相β-Zr（Ti）和细小均匀陶瓷相ZrC的双球相为第二相的复合材料。

进一步的，内生析出塑性相β-Zr（Ti）的体积分数在10~90%范围内可任意调整，其晶粒尺寸在10~100μm范围内可调整，其形貌为近球形；原位合成的陶瓷相相ZrC，是晶粒尺寸在1~20μm范围内的近球形颗粒。

一种制备双球相复合的锆基非晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：选取纯度大于99.5%的Zr、Ti、Cu、Ni、Nb、Be和C为原料，复合材料表达式为：Zr_aTi_bCu_cNi_dNb_eBe_fC_g，其中a~g表示原子百分比，35≤a≤70，5≤b≤15，5≤c≤20，2≤d≤12，5≤e≤15，5≤f≤23，0.5≤g≤2，a+b+c+d+e+f+g=100；根据非晶形成原理和材料复合原理，调整合金成分，使基体中内生出近球形大尺寸塑性β-Zr（Ti）相和原位合成球状细小均匀的ZrC硬质相，制备出双球相/锆基非晶复合材料；

第二步：用高真空非自耗真空电弧熔炼炉在高纯（99.99%）氩气保护下将第一步中配好的原料熔炼成母合金锭；

第三步：将第二步得到的母合金锭重新熔炼，吸铸成母合金棒材；