一種高韌性的非晶復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高韌性的非晶復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該非晶復(fù)合材料由基礎(chǔ)合金部分和韌性增強部分制備而成；基礎(chǔ)合金部分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr：45-65％，Hf：5-15％，Al：10-20％，Ni：10-20％，M1組分：5-10％，M2組分：2-8％；所述M1組分為Sn、Bi、Si、Cu元素中的一種或幾種；所述M2組分為Ag、Pd元素中一種或兩種；基礎(chǔ)合金部分的各個元素純度大于99.9％；韌性增強部分為WC、SiC、TiC、TiN、ZrC納米微粉中的一種或幾種，其添加量為上述基礎(chǔ)合金部分體積的2-10％。本發(fā)明專利技術(shù)中的非晶復(fù)合材料沖擊韌性良好，無需進行機械加工即具有高韌性和耐沖擊的特性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種高韌性的非晶復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及非晶復(fù)合材料
，更具體地說，涉及一種高韌性的非晶復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
非晶合金是指原子排列短程有序、長程無序呈密堆排列結(jié)構(gòu)的合金材料，所以非晶合金不具有晶態(tài)材料的晶界、位錯等缺陷。這種結(jié)構(gòu)特征使非晶合金具有非常多的優(yōu)異的力學(xué)性能，如高硬度、高強度、良好耐蝕性能，但同時非晶合金也具有塑性和韌性差，作為結(jié)構(gòu)件時易發(fā)生脆性斷裂的問題，這些缺點一直制約著非晶合金構(gòu)件的使用。金屬的韌性是表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。韌性越好的材料，其抗沖擊強度的能力就越大，在受到?jīng)_擊載荷的作用下不發(fā)生破壞的性質(zhì)就越好。為了提高非晶合金的韌性，許多研究人員做了大量的研究。如申請?zhí)枮?01010609177.3名為《非晶合金表面處理方法及采用該方法制得的非晶合金件》的中國專利中提供一種Zr-Cu-Ni-Nb-Al系非晶合金，然后對該非晶合金件拋光后進行噴砂，使非晶合金件表面形成多個微裂痕作為剪切帶以改善該非晶合金件的屈服強度、增強其塑性變形能力。上述方案工藝不僅復(fù)雜、在復(fù)雜的非晶合金構(gòu)件上無法使用，而且完全無法應(yīng)用于那些對外觀品質(zhì)有要求的構(gòu)件。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本專利技術(shù)的第一目的在于提供一種高硬度非晶復(fù)合材料，本專利技術(shù)通過對基礎(chǔ)合金體系與韌性增強體系的成分進行改進，添加新的組分元素，調(diào)整組分含量，得到一種高韌性和耐沖擊性的，形成能力佳的非晶復(fù)合材料，適合制成復(fù)雜構(gòu)件。本專利技術(shù)的第二個目的是為了提供一種高韌性的非晶復(fù)合材料的制備方法，可適應(yīng)于批量化的生產(chǎn)。本專利技術(shù)的第三個目的是為了提供一種高韌性的非晶復(fù)合材料的應(yīng)用。實現(xiàn)本專利技術(shù)的第一個目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：一種高韌性的非晶復(fù)合材料，由基礎(chǔ)合金部分和韌性增強部分制備而成；所述基礎(chǔ)合金部分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr：45-65％，Hf：5-15％，Al：10-20％，Ni：10-20％，M1組分：5-10％，M2組分：2-8％；所述M1組分為Sn、Bi、Si、Cu元素中的一種或幾種；所述M2組分為Ag、Pd元素中一種或兩種；所述基礎(chǔ)合金部分的各個元素純度大于99.9％；所述韌性增強部分為WC、SiC、TiC、TiN、ZrC納米微粉中的一種或幾種，其添加量為上述基礎(chǔ)合金部分體積的2-10％。Zr基塊體非晶復(fù)合材料具有較高的玻璃形成能力、耐蝕性和成型能力，添加同族的Hf原子在合金中對Zr原子有一定的取代作用，使得合金中不同金屬原子之間的作用力增強，宏觀表現(xiàn)為冷卻后合金結(jié)構(gòu)較為致密成型性能良好，Al、Ni是Zr基非晶合金中常用添加元素。本專利技術(shù)的專利技術(shù)人在實踐中發(fā)現(xiàn)，添加Sn、Bi、Si、Cu元素中的一種或幾種能夠有效增加上述Zr基非晶合金的塑性和韌性，究其原因，從微觀結(jié)構(gòu)上看，Sn、Bi、Si、Cu原子大小和表面能與Zr、Hf相仿，且略有差異，在形成非晶合金的密堆結(jié)構(gòu)中，Sn、Bi、Si、Cu原子易擴散至Zr和Hf原子間形成各種無方向的金屬鍵，添加Ag、Pd元素則更加加強了整個合金體系的熵值和混亂度，直至這些無序金屬鍵與增強部分的WC、SiC、TiC、TiN、ZrC相遇，形成類似晶態(tài)的塑性顆粒。這樣形成的非晶復(fù)合材料在變形過程中，一旦基體局部受到?jīng)_擊力，在變形的過程中，這些類似晶態(tài)的塑性顆粒將把剪切帶隔離開，從而阻止剪切帶的擴張，從而實現(xiàn)宏觀上良好的抗沖擊韌性。WC、SiC、TiC、TiN、ZrC納米微粉粒徑控制于10-100nm為宜，過細的納米微粉由于制備工藝復(fù)雜成本較高，而過粗的粒徑則會導(dǎo)致合金體系不均勻。作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的方案，所述基礎(chǔ)合金部分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr：45-60％，Hf：5-10％，Al：10-15％，Ni：15-20％，M1組分：5-8％，M2組分：5-8％。作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的方案，所述M1組分為Sn或Cu最佳。作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的方案，所述韌性增強部分中各個納米微粉的粒徑為10-100nm。作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的方案，所述韌性增強部分為ZrC納米微粉最佳。因為ZrC不僅能夠增強非晶復(fù)合材料整體的韌性，而且對于Zr基非晶合金來說沒有引入其他雜質(zhì)元素，避免了過多元素的加入可能導(dǎo)致的合金晶化。作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的方案，所述韌性增強部分的添加量為基礎(chǔ)合金部分體積的8-10％。實現(xiàn)本專利技術(shù)的第二個目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：一種高韌性的非晶復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟：(1)按照配方配比分別稱取基礎(chǔ)合金部分的原料、韌性增強部分的原料，將基礎(chǔ)合金部分的原料與韌性增強部分的原料混合均勻，得到混合原料；(2)將步驟(1)得到的混合原料在真空條件或氬氣氣氛中通過電弧熔煉將原料熔煉，在原料熔化過程中，在規(guī)律震動熔煉爐條件下，使原料全部轉(zhuǎn)化為熔液，反復(fù)熔煉3-4次；熔煉過程的真空度為10-1-10-3Pa，氬氣氣氛壓力為0.01-0.05MPa，經(jīng)過冷卻后，得到非晶復(fù)合材料鑄錠；本專利技術(shù)的專利技術(shù)人在實踐中發(fā)現(xiàn)，因非晶復(fù)合材料原料中添加有韌性增強部分的WC、SiC、TiC、TiN、ZrC納米微粉，所以在合金冶煉過程中，將合金原料混合均勻至關(guān)重要，如果不均勻，將造成非晶復(fù)合材料局部缺陷，導(dǎo)致局部力學(xué)性能的缺陷產(chǎn)生。因此，在制備本專利技術(shù)的非晶合金的過程中，原料熔化過程需有規(guī)律震動熔煉爐至原料全部轉(zhuǎn)化為熔液為止，這一功能通過適當改進熔煉爐，如配備可夾緊熔煉爐并進行規(guī)律運動的耐高溫金屬的機械裝置即可實現(xiàn)，在此不加贅述。(3)通過常規(guī)的金屬材料成型工藝對非晶復(fù)合材料鑄錠進行成型，得到高韌性非晶復(fù)合材料產(chǎn)品。作為優(yōu)選，步驟(2)中經(jīng)熔煉后，冷卻速度為10-103K/s。作為優(yōu)選，步驟(3)中，常規(guī)的金屬材料成型工藝是指常規(guī)的壓鑄工藝或常規(guī)的吸鑄工藝。實現(xiàn)本專利技術(shù)的第三個目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：本專利技術(shù)的第一個目的所述高硬度非晶復(fù)合材料的應(yīng)用：將它用于消費類電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械產(chǎn)品、航空航天工業(yè)產(chǎn)品、機器儀表工業(yè)產(chǎn)品、汽車工業(yè)產(chǎn)品。如沖壓設(shè)備中的沖頭、壓接塊等。實施本專利技術(shù)的有益效果在于：(1)通過對基礎(chǔ)合金體系與韌性增強體系的成分進行改進，添加新的組分元素，調(diào)整組分含量，得到一種高韌性和耐沖擊性的，形成能力佳的非晶復(fù)合材料，適合制成復(fù)雜構(gòu)件。(2)本專利技術(shù)中的非晶復(fù)合材料形成尺寸最大可達30mm，適合制成復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。3、本專利技術(shù)中的非晶復(fù)合材料的制備工藝簡單易行，不需要特殊條件即可生產(chǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。具體實施方式下面，結(jié)合具體實施方式，對本專利技術(shù)做進一步描述：實施例1-13：實施例1-13的非晶復(fù)合材料按照表1中配比秤取相應(yīng)的原料，然后按照如下步驟進行制備而得，基礎(chǔ)合金部分原料和韌性增強部分原料配方如下表1所示，數(shù)值為對應(yīng)的原子摩爾百分含量：表1基礎(chǔ)合金部分原料和韌性增強部分原料的配方實施例中選用的合金原料純度大于99.9％，合金的增強部分為ZrC納米微粉，微粉平均粒徑為100nm，ZrC納米微粉的添加量為基礎(chǔ)合金部分體積的8％。本專利技術(shù)所用原料均可從市場中購得。高韌性非晶合金的制備方法：(1)將純度大于99.9％的基礎(chǔ)合金部分原料和韌性增強部分的納米微粉按照上述非晶合金組成進行本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種高韌性的非晶復(fù)合材料，其特征在于，由基礎(chǔ)合金部分和韌性增強部分制備而成；所述基礎(chǔ)合金部分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr：45?65％，Hf：5?15％，Al：10?20％，Ni：10?20％，M1組分：5?10％，M2組分：2?8％；所述M1組分為Sn、Bi、Si、Cu元素中的一種或幾種；所述M2組分為Ag、Pd元素中一種或兩種；所述基礎(chǔ)合金部分的各個元素純度大于99.9％；所述韌性增強部分為WC、SiC、TiC、TiN、ZrC納米微粉中的一種或幾種，其添加量為上述基礎(chǔ)合金部分體積的2?10％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高韌性的非晶復(fù)合材料，其特征在于，由基礎(chǔ)合金部分和韌性增強部分制備而成；所述基礎(chǔ)合金部分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr：65％，Hf：5-15％，Al：10-20％，Ni：10-20％，M1組分：5-10％，M2組分：2-8％；所述M1組分為Sn、Bi、Si、Cu元素中的一種或幾種；所述M2組分為Ag、Pd元素中一種或兩種；所述基礎(chǔ)合金部分的各個元素純度大于99.9％；所述韌性增強部分為WC、SiC、TiC、TiN、ZrC納米微粉中的一種或幾種，其添加量為上述基礎(chǔ)合金部分體積的2-10％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性的非晶復(fù)合材料，其特征在于，所述M1組分為Sn或Cu。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性的非晶復(fù)合材料，其特征在于，所述韌性增強部分中各個納米微粉的粒徑為10-100nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性的非晶復(fù)合材料，其特征在于，所述韌性增強部分為ZrC納米微粉。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性的非晶復(fù)合材料，其特征在于，所述韌性增強部分的添加量為基礎(chǔ)合金部分體積的8-10％。6.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述高韌性的非晶復(fù)合材...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李揚德，李衛(wèi)榮，
申請(專利權(quán))人：東莞宜安科技股份有限公司，東莞市鎂安鎂業(yè)科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44