本發(fā)明涉及一種相變增韌zrcu基非晶復(fù)合材料及其制備方法，屬于非晶復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大塊金屬玻璃（bmg）由于具有大彈性極限、高強度和抗腐蝕性，成為結(jié)構(gòu)、功能應(yīng)用材料的理想選擇，但是由于金屬玻璃的塑性變形是通過高度局域剪切變形來實現(xiàn)，斷裂前能夠開動的剪切帶數(shù)量十分有限，bmg在室溫下會發(fā)生無宏觀塑性變形的災(zāi)難性脆性段裂，如zrcu基非晶合金的塑性大約在0.5-0.7%之間。因此，室溫脆性問題已經(jīng)發(fā)展成為bmg材料應(yīng)用的重要瓶頸。

為改善塊狀非晶合金材料變形時的室溫脆性和室溫軟化，目前有兩種改善非金合金塑性的方法，一是在塊狀非晶合金中復(fù)合第二相來提高其塑性，另一種是通過添加元素從而產(chǎn)生內(nèi)生相獲得非晶復(fù)合材料，并取得了一些進展。現(xiàn)有技術(shù)也有通過向塊體玻璃合金中引入zrc，wc，sic,w絲等第二相顆粒，從而使非晶合金復(fù)合材料的塑性有所改善，但是其強度沒有大的變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為改善zrcu基塊狀非晶合金材料變形時的室溫脆性和室溫軟化，通過在zrcu基塊狀非晶合金中添加co元素，在快速凝固過程中zrcu基非晶合金中可以產(chǎn)生b2（cscl結(jié)構(gòu)）cuzr相和cozr相，進而可以抑制玻璃基體中剪切帶快速傳播并促進多重剪切帶增值的納米-微米級，具有內(nèi)生b2cuzr相和cozr相的zrcu基合金展現(xiàn)出優(yōu)異的壓縮塑性、高強度和良好的加工硬化能力。

本發(fā)明的目的在于提供一種相變增韌zrcu基非晶復(fù)合材料，該復(fù)合材料的原子比為zr50cu50-xcox，x的取值范圍為為10~30。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述相變增韌zrcu基非晶復(fù)合材料的制備方法，具體為：按照zr50cu50-xcox進行配料，將各成分金屬放置于電弧熔煉爐中進行熔煉，待合金錠冷卻后，將合金錠進行翻轉(zhuǎn)，重新熔融，重復(fù)至少4次得到母合金，將母合金重熔后，通過銅模吸鑄成棒狀zr50cu50-xcox非晶復(fù)合材料。

本發(fā)明所用各成分金屬原料的純度大于99.99%。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述熔煉過程中將電弧爐抽至真空度5*10-5pa，然后再充純度為99.9999%的ar氣至一個大氣壓。

本發(fā)明的原理：本發(fā)明通過在zrcu非晶合金中添加適量的co元素，從而在室溫下獲得穩(wěn)定的b2cuzr相和cozr相，而在發(fā)生形變時有b19’cuzr相和b33cozr相的生成，從而將“相變誘導(dǎo)塑性”(trip)效應(yīng)引入非晶復(fù)合材料中，可以有效地補償非晶zrcu基基體的應(yīng)變軟化。這兩種相轉(zhuǎn)變?yōu)榭朔蔷Ш辖鹗覝卮嘈院蛻?yīng)變軟化提供了新的思路，進而獲得大的拉伸塑性和加工硬化能力，極大地提升了非晶合金潛在的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用快速凝固方法制得的zr50cu50-xcox非晶復(fù)合材料，該材料不僅具有非晶本身的優(yōu)異的力學性能，例如高的斷裂強度、大的彈性極限等，而且克服了剪切帶高度局域化引起的脆性和應(yīng)變軟化導(dǎo)致的低塑性等缺陷，在室溫變形過程中不僅具有良好的塑性，且表現(xiàn)出了微觀的加工硬化能力。

附圖說明

圖1為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料的光鏡圖（om）；

圖2為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料變形前后的xrd衍射圖；

圖3為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料的室溫力學壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；

圖4為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料壓縮斷面掃描圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

本發(fā)明實施例所述相變增韌zrcu基非晶復(fù)合材料的制備方法，具體為：按照zr50cu50-xcox進行配料，將各成分金屬放置于干凈的水冷坩堝中，電弧爐抽至真空度5*10-5pa，然后再充純度為99.9999%的ar氣至一個大氣壓；開啟電弧爐加熱至所配制的合金熔點以上，待合金錠冷卻后，將合金錠進行翻轉(zhuǎn)，重新熔融，至少重復(fù)4次以保證合金混合均勻得到母合金；將母合金重熔后，通過銅模吸鑄成塊狀zr50cu50-xcox非晶復(fù)合材料的長為70mm，直徑為2mm。

原材料的選用：

表1制備母合金錠選用金屬組元的純度（%）



表2不同原子比對應(yīng)材料的性能



通過實施例1~7可以看出隨著co含量的增多，zrcuco合金在形變前先增大，當co含量達到25at%時達到最高，接著硬度又慢慢減小，這是由于當co含量達到25at%時所生成的b2(cu/co)zr相含量最高。當發(fā)生形變后，產(chǎn)生加工硬化后其強度都有增加?？箟簭姸群蛪嚎s率都有增加，因為在zrcuco合金中，生成的b2zrcu相轉(zhuǎn)變?yōu)閎19‘相，而生成的b2zrco相轉(zhuǎn)變?yōu)閎33相，發(fā)生了“形變誘導(dǎo)相變”然后“相變引起塑性”。

下面以zr50cu25co25非晶復(fù)合材料為例結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)圖進行分析說明：

圖1為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料的光鏡圖（om）,由圖可以很明顯看出晶體相鑲嵌在非晶相中。

圖2為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料的xrd衍射圖,由圖可以看出在未發(fā)生形變前主要相為b2cuzr相和cozr相，而形變后有b19’cuzr相和b33cozr相產(chǎn)生，這就說明了在形變過程中發(fā)生了形變誘導(dǎo)相變的產(chǎn)生：b2cuzr相轉(zhuǎn)變?yōu)閎19’cuzr相；b2cozr相轉(zhuǎn)變?yōu)閎33cozr相。

圖3為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料的室溫力學壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，由圖可以看出該合金的壓縮強度為2.3gpa，壓縮率為18.3%，明顯高于非晶合金，這是因為在發(fā)生壓縮形變過程中發(fā)生了形變引起相變，進而相變誘導(dǎo)塑性提高。而強度提高是由于晶體相在發(fā)生形變過程中產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。

圖4為zr50cu25co25非晶復(fù)合材料壓縮斷面掃描圖，由圖中可以看出在zr50cu25co25試樣的壓縮斷面有三種形貌，脈絡(luò)狀區(qū)域、熔滴狀區(qū)域和平滑區(qū)域。非晶合金斷裂時出現(xiàn)的脈絡(luò)狀花樣和熔滴狀結(jié)構(gòu)特征可以用“自由體積+絕熱升溫”模型來解釋。室溫壓縮的過程是剪切帶內(nèi)自由體積不斷增加的過程，當材料發(fā)生瞬間斷裂，合金內(nèi)存儲的彈性應(yīng)變應(yīng)變能在絕熱的環(huán)境中得以釋放，大量的熱無法及時散發(fā)，在極短時間內(nèi)帶動整個剪切帶內(nèi)的溫度迅速升高，溫度的升高引起了合金粘度的降低，并在斷口表面留下脈絡(luò)狀花樣和熔滴狀結(jié)構(gòu)的粘流變特征；平滑區(qū)域是晶體相發(fā)生斷裂的特征，而這些晶體相應(yīng)該為b19’cuzr相和b33cozr相。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開一種相變增韌ZrCu基非晶復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料的原子比為Zr50Cu50?xCox，x為10~30；其制備方法為按照Zr50Cu50?xCox進行配料，將各成分金屬放置于電弧熔煉爐中進行熔煉，待合金錠冷卻后，將合金錠進行翻轉(zhuǎn)，重新熔融，重復(fù)至少4次得到母合金，將母合金重熔后，通過銅模吸鑄成塊狀Zr50Cu50?xCox非晶復(fù)合材料。該材料不僅具有非晶本身的優(yōu)異的力學性能，例如高的斷裂強度、大的彈性極限等，而且克服了剪切帶高度局域化引起的脆性和應(yīng)變軟化導(dǎo)致的低塑性等缺陷，在室溫變形過程中不僅具有良好的塑性，且表現(xiàn)出了微觀的加工硬化能力。

技術(shù)研發(fā)人員：譚軍;鄧攀;張帆;高俊妍;李棟

受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學

技術(shù)研發(fā)日：2018.08.28

技術(shù)公布日：2019.01.01