[发明专利]Zr基非晶合金泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别涉及一种开孔非晶合金泡沫材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金泡沫材料是结合金属泡沫和非晶合金两者优点发展起来的一种新型功能结构材料。它不仅具有金属泡沫的轻质、高比表面、吸声、散热、阻燃等独特性能，而且还具有非晶合金的高强度、高断裂韧性、高弹性极限、低模量以及良好的耐腐蚀性等优异特性，实现了“轻质”和“强韧”的理想结合。

因此，在航天航空、武器装备、通信、交通运输等领域显示出良好的应用前景。更为重要的是，非晶合金泡沫材料同时具有高的坪应力和大应变，进而表现出高的能量吸收性能，这是其它泡沫金属材料所不具备的。

如目前研究的含泡沫铝的轻质复合装甲系统中，由于泡沫铝较低的屈服强度及较低的吸能本领使得该结构对背板层裂的防护及对击波的衰减作用还不够理想，而作为兼具较高的屈服强度和高的吸能本领的非晶合金泡沫材料则有望成为对轻质复合装甲系统中填充材料的良好选择。这样也恰好迎刃而解的满足了人们日益对低密度、更高强度材料的迫切需求。

目前，非晶合金泡沫材料的研究还处于初级阶段，主要以各种制备方法的探索和材料组织的研究为主。非晶合金泡沫材料的制备方法主要有熔体发泡法、渗流铸造法以及粉末冶金法。

发泡工艺受到很多因素控制，比如气孔大小的控制、宏观的均匀性和各向同性要求和成本效益等，粉末冶金技术受非晶粉末的制备、物性以及发泡过程中粉末颗粒界面的结合能力等因素，将会降低非晶合金泡沫材料的力学性能。采用渗流法则避免了气孔不均匀和颗粒结合力等问题，能够得到更加均匀的泡沫非晶结构。

由于受到非晶形成能力和冷却速度的限制，目前可用于制备非晶合金泡沫的合金系主要是Pd基和Zr基。Pd基非晶合金受生产成本的限制，只能作理论探讨；Zr基非晶合金非晶态形成能力强且成本相对低廉，因此Zr基非晶合金泡沫将成为面向工程应用的材料的良好选择。

发明内容

本发明的目的：在于提供一种操作简单、成本相对低廉、孔径及尺寸均匀的开孔Zr基非晶合金泡沫的制备方法。

本发明的一种Zr基非晶合金泡沫的具体工艺如下：

(1)制作Zr基非晶母合金锭子；

(2)将造孔剂放入到铜模模具里，再将模具放入高真空电弧熔炼及吸铸炉的吸铸室内；

(3)将所制作的Zr基非晶母合金放入真空熔炼炉内，熔融后在一定的压力下吸铸到盛有造孔剂的铜模里，保压一定时间后将模具取出；

(4)将样品从模具中取出并去除掉造孔剂，即可得到开孔Zr基非晶合金泡沫。

优选地，所述Zr基非晶母合金锭子的制作过程是：按照Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5的原子百分比配比，取市售纯金属Zr、Ti、Cu、Ni、Be元素的块、板或锭等的块体材料，在经过Ti钝化的高纯氩气气氛下电弧熔炼成母合金锭。

优选地，所述造孔剂为NaCl盐颗粒或者偏铝酸钠盐颗粒。

优选地，NaCl盐颗粒为NaCl工业盐颗粒，在将NaCl工业盐颗粒放入到铜模模具之前要做如下处理：在500℃～600℃进行热处理，去除结晶水以及吸收的水分，然后放置在150℃管式炉中保温备用。

优选地，在将偏铝酸钠盐颗粒放入到铜模模具之前要做如下处理：在900℃～1100℃进行热处理，去除结晶水以及吸收的水分，随后放置在200℃管式炉中保温备用。

本发明还提供了一种Zr基非晶合金泡沫，具有如下组份：Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5，这里的配比为原子百分比。

本发明所制备的Zr基非晶合金泡沫材料解决了泡沫金属强度低、耐腐蚀性差等问题，其次，本发明的Zr基非晶合金泡沫材料还解决块体非晶合金室温压缩塑性变形差问题。此外，本方法通过选用价格低廉、来源广泛且易去除的NaCl颗粒/NaAlO₂颗粒作为造孔剂，结合高真空熔炼-吸铸系统，通过低压渗流技术制备出不同孔径的开孔Zr基非晶合金泡沫材料，不仅制作工艺简单，而且成本低。

附图说明