[发明专利]一种外加的高韧性锆基非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高机械性能的材料领域，特别涉及一种外加的高韧性锆基非晶复合材料及其制备方法。该材料主要由锆基非晶合金和第二相制成。本申请通过在原始非晶合金基体中加入第二相，第二相存在阻止了非晶中单一剪切带的扩展，诱发了更多剪切带的形成，在不降低原本合金材料断裂弯曲强度的前提下，提高了材料的弯曲断裂应变，本发明所提供的方法从原材料端改善材料本征特性，不需要对成型后产品进行表面处理等，且除母合金熔炼步骤外，无需引入额外工序，适合量产。

技术领域

本发明涉及消费类电子产品、精密器件(如机器人)、医疗器械、航天航空等应用领域的高机械性能的材料，特别涉及一种高韧性的超高强度锆基非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金因其与常见晶体材料有明显的结构区别而得名。一般材料均是以晶体的形式存在，而非晶的特性是长程无序(短程有序)、亚稳态(一定温度晶化)、一定程度上的物理特性各向同性、没有确切熔点、具有玻璃化转变温度点等。同时因其与常见的玻璃有类似结构，具有固态、金属、玻璃的特性、也被称为金属玻璃(Metallic Glass)。由于其最大的结构特点就是没有晶粒结构，直接由原子无规则均匀分布，原子之间通过金属键连接。由于没有晶粒结构，也就没有晶界等缺陷以及晶格周期平移对称性等特点，因此拥有传统晶态合金材料不具备的优异性能，如高机械强度，高硬度，低弹性模量，高耐磨性，高耐蚀能力，以及优良的软磁性能。非晶合金这种内部结构的是由熔融的母合金超急冷凝固形成的，其原子在凝固过程中来不及按周期排列，故形成了长程无序的非结晶状态。非晶合金发现后，吸引了科研人员的几十年的研究与探索，目前已经发现了如Zr基、Cu基、Al基、Fe基、Pd基、Ni基、Ti基、Mg基、稀土基等体系的非晶合金体系。

其中以Zr基块体非晶合金材料研究成果最为显著，虽然Zr基非晶合金在工业中的应用仍受到多方面应用的实际因素的制约，比如原料成本高，工艺条件苛刻，后处理加工复杂等。其中应用最大的制约因素在于非晶合金没有塑性，因而市场应用反馈一直是踌躇不前。所以改善非晶合金的韧性成为此材料用于量产的迫切需求。

添加第二相制备非晶复合材料是改善非晶合金韧性方法的一种，但外加相与非晶基体间往往存在结合(润湿性)问题，使得第二相与非晶基体界面强度较低。此外，外加相的添加往往需要较大体积分数(大于40％)才能达到增韧效果，因而容易引起外加相分布不均的问题。由于外加相的形状不同，对于纤维状、片层状以及三维骨架状第二相，往往需要通过浸渗或热压等方法制备非晶复合材料，不适合工业生产。因此，颗粒状第二相的微添加成为工业量产用非晶复合材料的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种高韧性锆基非晶合金复合材料。本申请通过在原始非晶合金基体中加入第二相，第二相存在阻止了非晶中单一剪切带的扩展，诱发了更多剪切带的形成，在不降低原本合金材料断裂弯曲强度的前提下，提高了材料的弯曲断裂应变，本发明所提供的方法从原材料端改善材料本征特性，不需要对成型后产品进行表面处理等，且除母合金熔炼步骤外，无需引入额外工序，适合量产。

本发明的另一目的是在提供上述一种锆基非晶合金复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种锆基非晶合金复合材料，该材料主要由锆基非晶合金和第二相制成。

本发明的合金复合材料可以只由锆基非晶合金和第二相制成，也可以进一步加入其他不影响合金复合材料主要性能的组分，以制成还具有其他性能的合金复合材料

本发明中的第二相为金属或非金属粉末，本申请通过将第二相与非晶母合金材料通过悬浮熔炼和真空压铸，制得具有优异机械性能的锆基非晶复合材料。

以锆基非晶合金和第二相的总体积为100％计，第二相的用量为20％以下，优选10％以下，进一步优选5％以下，最优选3％以下，更优选的范围为0.5-3％。