[发明专利]一种非晶基复合材料及其制备方法

说明书

一种非晶基复合材料及其制备方法，属于新材料技术领域。复合材料的基体为Cu‑ETM非晶态合金，包括Cu和ETM(前过渡金属)元素，其原子百分比化学组成为Cu_100‑a‑bAl_aETM_b，其中a、b取值为0≤a≤25，25≤b≤75，ETM＝Zr_1‑x‑yHf_xTi_y，0≤x≤1，0≤y＜0.5。首先，制备ETM‑O中间合金；其次，以Cu_100‑a‑bAl_aETM_b非晶基体中包含不同体积分数ETMO₂氧化物析出物为目标，确定复合材料整体的化学组成，将步ETM‑O中间合金与工业纯ETM、Cu和Al(为原料，配制合金原料，并通过非自耗电弧熔炼方法获得成分均匀的合金锭；最后，利用熔体快淬与铜模吸铸技术，通过改变冷速范围来调控氧化物析出相的形核、长大动力学，最终获得非晶基复合材料。本发明得到的非晶基复合材料上弥散分布有不同密度和大小的纳米氧化物颗粒，且其析出物/基体界面结合良好。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种基体为非晶态合金，其中均匀、弥散分布着氧化物颗粒的新型复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶态合金是一类结构上长程无序、短程有序的特殊合金，通常具有晶态合金难以比拟的独特性能，如高强度、高弹性与高耐蚀性等。这类材料在民用和军工方面已显示出很大的应用潜力，备受各国关注。美、日等国家在非晶态合金及其复合材料的实用化研究开展较早，拥有大量非晶态合金相关的专利。相比而言，我国具有自主知识产权的非晶材料较少，这直接影响了这类材料在我国的推广应用与发展。

与晶态合金材料相比，非晶态合金的制备条件相对苛刻，常需要高纯度原料、高真空和高纯惰性气体保护气氛。主要原因是：低纯原料和低真空会在熔体中引入杂质和氧，形成异质形核质点，不利于非晶态的形成。因此，非晶态合金的制备通常需要严格控制原料纯度和保护气氛的纯净性，以尽可能降低有害杂质含量。

非晶态合金室温塑性差，严重影响其作为结构材料的使用。为此人们试图通过在非晶态合金中引入第二相，制备非晶基复合材料，达到增韧的效果。陶瓷材料常被用作复合材料的增强体，目前人们已成功将SiC、ZrC、WC、TiC和TiB等碳化物和硼化物陶瓷相添加到Zr基和Cu基非晶态合金中，发展出具有良好室温强韧性的非晶合金基复合材料。而氧化物陶瓷相大多与金属熔体不润湿，且比重差异大，在熔炼中很难作为第二相被引入合金熔体中，因此难以获得非晶基体上弥散分布纳米氧化物颗粒，且二者界面结合良好的非晶基复合材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服金属氧化物难以作为非晶基复合材料添加物的技术瓶颈，开发出一类纳米氧化物第二相弥散分布、氧化物/基体界面结合良好的非晶基复合材料，为非晶态合金材料的制备与发展提供新的途径和方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种非晶基复合材料及其制备方法，所述的复合材料的基体为Cu-ETM非晶态合金，包括Cu和ETM(前过渡金属)元素，其原子百分比化学组成为Cu_100-a-bAl_aETM_b，其中a、b取值为0≤a≤25，25≤b≤75，ETM＝Zr_1-x-yHf_xTi_y，0≤x≤1，0≤y＜0.5；基体上弥散分布着大小均一的氧化物颗粒。氧化物颗粒的组元配比为ETMO₂，氧化物颗粒的大小和数目密度均可通过制备工艺调节。颗粒直径可在5-50nm之间调控，同时当氧化物颗粒大小一定时，其数目密度则对应于氧化物在复合材料中的体积分数，其值可控制在5％-30％之间。

一种非晶基复合材料的制备方法，包括以下步骤：