[发明专利]一种强韧化金属玻璃复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种强韧化金属玻璃复合材料及其制备方法，其制备方法如下：（1）选择β‑Zr/金属玻璃复合材料或β‑Ti/金属玻璃复合材料为基础合金；（2）添加0.5‑2%（重量百分比）的氧化锆或氧化钛粉末；（3）将基础合金破碎成粉末，并添加的氧化锆或氧化钛粉末混合均匀，放入坩埚内感应加热至熔化，并实施快速顺序凝固，进而获得具有壳核结构沉淀相的金属玻璃复合材料。本发明制备了高强高韧的大尺寸金属玻璃复合材料，该复合材料具有显著的加工硬化能力和优异的拉伸强度及塑性。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种高强高韧的金属玻璃复合材料及其制备方法。

背景技术

块体金属玻璃(BMG)具有高强度、高硬度、低的弹性模量与大的弹性应变极限等一系列不同于传统晶态合金的优异力学性能，使得其被认为是极具潜力的结构材料。然而，高度局域化的剪切行为使得BMG材料在没有明显室温宏观塑性变形的情况下，以突然失效的方式发生灾难性断裂，这严重地制约着BMG作为先进结构材料在工程中的大规模应用。因此，室温脆性问题已经发展成为BMG材料应用的重要瓶颈。

为改善BMG材料的室温脆性，2000年美国Johnson研究小组首次通过在Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金系中添加Nb合金化元素，制备出微米尺寸β-Zr(Ti)固溶体相增塑的BMG复合材料，其拉伸塑性应变达到3%。随后，陈光等人通过对树枝晶β-Zr(Ti)相固溶体进行球化处理，将BMG复合材料的拉伸塑性提高到6%以上（具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料及其制备方法，专利申请号为201110099685.6）。但上述金属玻璃复合材料的塑性的获得，大幅度降低了强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属玻璃复合材料强度，具有优异的拉伸塑性和强度。

本发明的强韧化金属玻璃复合材料，选择β-Zr/金属玻璃复合材料或β-Ti/金属玻璃复合材料为基础合金，其典型的合金体系为Zr-Ti-Nb-Cu-Ni-Be和Ti-Zr-V-Cu-Be。添加氧化锆或氧化钛粉末作为前驱体，调控金属玻璃复合材料微观结构，获得具有壳核结构沉淀相的高强高韧金属玻璃复合材料。

所述添加前驱体粉末的的重量为0.5-2%，粉末的颗粒度为1-15μm。

本发明还公开了所述强韧化金属玻璃复合材料的制备方法，其具体的制备工艺为：

第一步：按照基础合金的预定成分进行配比，首先在氩气保护气氛下采用非自耗电弧炉熔炼均匀；

第二步：将基础合金破碎成粉末，并添加相应的氧化锆或氧化钛粉末混合均匀，放入石墨坩埚中，感应加热至2000℃，利用氧元素的高温扩散，使添加的氧化锆或氧化钛前驱体粉末转变为高氧含量高熔点的α-Zr或α-Ti相，并通过保温时间调控析出α-Zr或α-Ti固溶体相的尺寸。

第三步：利用定向凝固设备，在4mm/s抽拉速率下实施快速顺序凝固，凝固过程中，先析出的α-Zr或α-Ti将作为形核核心，促进β-Zr或β-Ti的析出，进而获得具有壳核结构沉淀相（α-Zr/β-Zr或α-Ti/β-Ti）的金属玻璃复合材料。所述金属玻璃复合材料的室温拉伸屈服强度≥1350MPa，拉伸塑性≥5%。