[发明专利]非晶薄膜/高熵合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供非晶薄膜/高熵合金复合材料及其制备方法，其成分具有如下表达式Zr_aFe_bNi_cCu_dAl_e，式中a、b、c、d、e分别表示各对应组分的原子百分比含量。本发明制备得到的非晶薄膜/高熵合金复合材料在保证超高强度的同时，表现出良好的塑性，解决了块状非晶存在的室温脆性问题，非晶薄膜/高熵合金复合材料由于表层非晶层的存在，表现出优异的耐腐蚀性能；本发明提供的方法可以快速制备非晶薄膜/高熵合金复合材料，无需任何热处理，制备方法简单，非晶和高熵合金的界面稳定，强度塑性配合良好；本发明制备的非晶薄膜/高熵合金复合材料具有高强度、良好的塑性和耐腐蚀性的特点，能较好地满足精密器件、汽车领域的要求。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，更具体地说涉及一种非晶薄膜/高熵合金复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶态合金中的原子排列短程有序而长程无序，内部不存在晶粒、晶界、位错以及层错等晶体缺陷。这种特殊的原子结构使得非晶合金表现出优异的力学、磁学、耐蚀性能，在软磁功能材料、电子器件、耐蚀涂层和结构材料等领域有着巨大的应用前景。非晶合金存在两个严重的问题——室温脆性和应变软化。非晶材料的室温脆性和加工软化限制了其作为结构材料的使用，极有可能在使用的过程中发生脆性断裂失效，导致严重的事故发生。

为了提高块状非晶合金的塑性变形,达到工程应用的目的,制备块状非晶复合材料是一种有效的方法。目前多采用在非晶中引入第二相的方法制备成非晶复合材料，通过调整第二相的结构、尺寸、分布、体积分数有效阻碍单一剪切带的扩展。引入第二相的方法主要有内生法和外生法，内生法主要包括调整化学成分偏离非晶成分，控制冷却速度获得非晶基体和颗粒状晶体或者树枝晶，通过正混合热元素添加获得纳米级的非晶团簇，通过非晶晶化或者在塑性变形阶段生成晶体相以及在熔体冷却过程中原位生成第二相颗粒。外生法主要是外加WC,Ta,Nb,Mo难熔金属颗粒或者是制备纤维增强非晶复合材料，比如用W丝、碳钢丝增强锆基非晶。专利CN 106756637 A公开了一种高熵非晶基体复合材料的制备方法，其屈服强度为1700MPa,但延伸率仅为10％。专利CN 106939378 A公开了一种非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，利用真空热压炉实现纯铜与非晶合金的连接，但是此种制备方法复杂，界面连接不稳定。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种非晶薄膜/高熵合金复合材料及其制备方法，将高熵合金与块体非晶的优良性能相结合，利用高熵合金的多主元成分设计，通过铜模喷注的方式制备出具有高强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性的表层为非晶结构，内部为单一有序体心立方相的棒状复合材料。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

非晶薄膜/高熵合金复合材料及其制备方法，按照下述步骤进行制备：

步骤1，制备母合金锭

按照如下表达式Zr_aFe_bNi_cCu_dAl_e配料,其中a、b、c、d、e分别表示各对应组分的原子百分比含量(即摩尔比)，a＝0.2～0.4，b到e均为0.1～0.3，且a+b+c+d+e＝1，在惰性保护气体氛围下，采用高真空电弧熔炼炉将配料熔炼，原料的熔炼时间为120-240s，反复熔炼成成分均匀的母合金锭子。

在步骤1中，选用高纯度的金属原料(纯度高于99.8wt％，即锆单质、铁单质、镍单质、铜单质、铝单质的纯度均大于等于99.8wt％)进行配料，对于活泼易氧化的金属原材料需用砂纸打磨表面去除其氧化膜，然后再清洗后进行配料。

在步骤1中，选择逐个熔炼水冷铜坩埚内合金原材料，熔炼过程中使用电磁搅拌原料熔液，保证母合金锭化学成分的均匀性。