[发明专利]一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于非晶合金复合材料技术领域，并具体公开了一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法，该复合材料组成表达式为(Zr_aCu_bAl_c)_dTa_e，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；所述复合材料的基体是锆基非晶合金，增强相为核壳结构的混杂相，其中富Ta相为所述混杂相的核心，B2‑CuZr相和B19'‑CuZr相为所述混杂相的壳。本发明成功细化了锆基非晶复合材料中B2‑CuZr相的尺寸并实现了其较均匀分布，同时引入了一种核壳混杂的复杂复合结构，进一步提高了锆基非晶复合材料的室温综合力学性能，拓展了锆基非晶的应用前景。

技术领域

本发明属于非晶合金复合材料技术领域，更具体地，涉及一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

不同于传统晶态合金，通过快速冷却而获得的非晶合金保留了液体金属内部原子排列短程有序、长程无序的特征，非晶合金内部不存在晶界和位错等缺陷，表现出优于晶态合金的高强度、高硬度、大弹性极限等性能特点。目前，研究开发虽已得到了Zr基、Al基、Mg基、Ti基、Fe基等一系列非晶合金，但绝大多数非晶合金表现出室温脆断特征，不利于其实际应用。非晶合金的变形集中在局域狭窄剪切带内，使局域温度升高软化，迅速失稳转化为裂纹。向非晶基体中引入晶态第二相可有效缓解形变局域化特征，促使剪切带发生增殖，使变形更加均匀地分布在多重剪切带中，可有效提高非晶合金的室温塑性。

近年来，部分ZrCu系非晶合金中发现了原位自生的B2-CuZr相(D.C.Hofmann.Shape memory bulk metallic glass composites.Science,2010(329):1294-1295)，其不仅可抑制变形过程中合金基体剪切带的迅速扩展，同时本身可发生应力诱发马氏体相变而产生明显的加工硬化行为，为改善非晶合金的室温脆性、拓展非晶合金的应用前景提供了一种新途径。然而，由于试样中温度梯度和冷却速率的变化，原位析出的B2-CuZr通常尺寸粗大且分布不均匀，不利于合金力学性能的提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种混杂相增强锆基非晶复合材料，旨在解决现有ZrCu系非晶合金中由于B2-CuZr相分布不均匀及尺寸粗大而导致合金塑性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种混杂相增强锆基非晶复合材料，其组成表达式为(Zr_aCu_bAl_c)_dTa_e，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；

所述复合材料的基体是锆基非晶合金，增强相为核壳结构的混杂相，其中富Ta相为所述混杂相的核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相为所述混杂相的壳。

进一步优选地，所述复合材料组成表达式中，92≤d≤95，5≤e≤8。

按照本发明的另一方面，提供了一种混杂相增强锆基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、按照所制备复合材料的组成准备Zr、Cu、Al和Ta原料，该复合材料组成表达式为(Zr_aCu_bAl_c)_dTa_e，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1，d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；

S2、对原料中的Zr、Ta进行真空电弧熔炼得到Zr-Ta中间合金，再对Zr-Ta中间合金和原料中的Cu、Al进行真空电弧熔炼得到Zr-Cu-Al-Ta母合金；