[发明专利]一种高熵金属玻璃复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高熵金属玻璃复合材料的制备技术领域，具体为一种高熵金属玻璃复合材料及其制备方法和应用。运用电弧熔炼法结合翻转浇铸工艺制备成分为Ti_aZr_bHf_cNb_dTM_eBe_f的合金，其中各元素的原子比为：5％≤a≤35％，5％≤b≤35％，5％≤c≤35％，5％≤d≤35％，0％e≤10％，5％≤f≤35％，a+b+c+d+e+f＝100％，TM为过渡金属元素。该高熵金属玻璃复合材料所用原料均为工业级纯度，在具有优异玻璃形成能力和高强度的基础上，还突破了单一高熵金属玻璃在拉伸塑性方面的不足，同时兼具优良的拉伸性能和加工硬化能力。在交通运输、航空航天、消费电子产品、厨房洁具、医疗卫生等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于高熵金属玻璃复合材料的制备技术领域，具体涉及一种TiZrHfNbTMBe(TM为过渡金属元素Fe，Co，Ni和Cu的一种或两种以上)高熵金属玻璃复合材料及其制备方法。该高熵金属玻璃复合材料克服了单一高熵金属玻璃或和已开发的高熵非晶复合材料缺乏拉伸塑性的问题，可应用于交通运输、航空航天、消费电子产品、厨房洁具和医疗卫生等领域。

背景技术

高熵金属玻璃复合材料(又可称高熵非晶复合材料)是在五种或以上元素按照等原子比或近等原子比的原则的前提下，在非晶基体上通过控制成分和冷却速率原位生成韧性晶体相，制备出内生晶体增韧的非晶基复合材料。这种复合材料材料结合了高熵合金优点与非晶复合材料的特征，室温下不仅表现出非晶合金高强度、高硬度等特征，同时兼具高熵合金的许多优良性能，如：高韧性、低比重等，因为具有重要的研究价值与工程应用前景。与单相非晶合金相比，高熵金属玻璃复合材料也具有良好的玻璃形成能力。在等原子比或近等原子比的非晶合金体系中，借鉴典型枝晶增强非晶基复合材料的合金设计思想和策略，在参考非晶合金的设计思想的基础上，结合晶体合金凝固时相的析出规律，通过控制晶体相的形核与长大过程即可得到有高熵合金相和高熵金属玻璃基体组成的复合材料，这使得高熵金属玻璃复合材料在苛刻的服役条件下具有更加可靠的使用性能。因此，在交通运输、航空航天、消费电子产品、厨房洁具和医疗卫生等领域具有重要的应用前景。

其中，西北工业大学的专利《高熵非晶复合材料及其制备方法》(公开号：CN106086713A)利用电弧熔炼法结合喷铸的工艺获得了由非晶相和β-Ti枝晶增强相组成的等比例高熵非晶复合材料Ti₂₀Zr₂₀Nb₂₀Cu₂₀Be₂₀、Ti₂₀Zr₂₀V₂₀Cu₂₀Be₂₀和Ti₂₀Zr₂₀Ta₂₀Cu₂₀Be₂₀。这组系列合金具有良好的压缩性能，屈服强度≥2300MPa，断裂应变≥1.4％。另外，专利《一种Ti基高熵非晶-枝晶复合材料的制备方法》(公开号：CN109266946A)中提高了利用熔炼并吸铸的工艺获得高熵非晶复合材料Ti₂₀Zr₂₀Hf₂₀Nb₁₀Cu₁₀Be₂₀，该复合材料在压缩性能方面得到了显著提高。

太原理工大学的专利《一种高熵非晶基体复合材料及其制备方法》(公开号：CN106756637A)提出了一种利用电弧熔炼结合吸铸工艺而获得的Ti-Zr-Hf-Nb-Cu-Be体系高熵非晶复合材料，其中Cu含量为12％～16.67％，Be含量为27.5％～35％(专利的实施列)。该复合材料兼具非晶合金与晶体合金的诸多特点，如：高强度屈服强度、高塑性断裂应变等优良力学性能。