CN102191401A

CN102191401A - 非晶增强铜基复合材料的制备方法

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Publication number: CN102191401A
Application number: CN2011100881585A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 张丽; 郭洪民; 朱政强; 杨湘杰
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-09-21

Abstract

一种非晶增强铜基复合材料的制备方法，包括Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基母合金坯料的制备，其特征是将母合金坯料粉碎，在真空条件下，采用快速感应熔化吹铸成直径为1-3mm的棒料，表面抛光处理，作为芯部材料与铜合金复合，芯部非晶合金的体积份数为20%-80%，在过冷液相区间，挤压比为3-10，挤压速率为0.1-0.3㎜/s的条件下挤压板材或棒材。本发明实现了强度和塑性的有效结合，提高了复合材料的综合性能；利用大块非晶合金的热塑性成形，该复合材料的形状不受限制，可以制备出各种型材，生产工艺灵活；同时，可以应用到其它类似合金体系，具有广阔的工业化应用前景。

Description

非晶增强铜基复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及的是一种复合材料的制备方法。

背景技术

由于非晶合金具有短程有序而长程无序的结构，不存在影响合金性能的晶界、位错、堆垛层错等缺陷，具有优异的力学性能，耐蚀、耐磨性能以及优良的软磁性、超导性等特点，成为目前国际材料界研究的热点领域之一。然而，除了最近开发的少数非晶合金显示出宏观塑性以外，绝大部分非晶合金在服役过程表现为高度局域化，导致非晶合金缺乏明显的塑性变形。这些高度局域化的剪切带在形成过程中，由于应变软化和热软化，使得剪切带的形核与扩展同时发生，随后的变形几乎全部集中在该剪切带中，造成裂纹迅速扩展而发生突然断裂，表现为典型的脆性断裂。因此，非晶合金的应用遇到很大的瓶颈。

最近，非晶合金的热塑性成形得到了广泛的研究。当非晶合金被加热至过冷液相区间（Supercooled Liquid Region, SLR），合金呈现出一种独特的流变性能，即急剧的软化行为。非晶合金的热塑性成形正是充分利用了非晶合金在SLR的软化行为和热稳定性的优点。如果非晶合金在SLR中具有很高的热稳定性，初始晶化时间足够长，并且能够满足实际加工时间的范围，此时，具有很低粘度的非晶合金就能够像塑料一样进行成形。目前，基于非晶合金热塑性成形的加工技术已有了一定的发展，如压缩成形、微加工成形、纳米成形、挤压成形、轧制成形和吹模成形等。

发明内容

本发明的目的是设计一种新型复合材料，使其拥有非晶合金的高强度和晶体合金的良好塑性，实现强度和塑性的有效结合。

本发明是通过以下技术方案实现的。

（1）Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈大块非晶合金的制备：将纯Cu、Zr、Ag和Al金属利用真空电弧炉熔化制备成Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基母合金坯料；再将母合金坯料粉碎，在真空条件下，采用快速感应熔化吹铸成直径为1-3mm的棒料。

（2）大块非晶合金的表面抛光处理。

（3）把大块非晶合金作为芯部材料与铜合金复合，芯部非晶合金的体积份数为20%-80%，在过冷液相区间，挤压比为3-10，挤压速率为0.1-0.3㎜/s的条件下挤压成形，制备出不同形状的板材和棒材。

所述的表面抛光处理为机械抛光或者化学抛光处理。

本发明具有显著的优点，实现了强度和塑性的有效结合，提高了复合材料的综合性能。利用大块非晶合金的热塑性成形，该复合材料的形状不受限制，可以制备出各种型材，如棒材、板材或者线材，生产工艺非常灵活；同时，外层晶体合金与芯部非晶组元也可以变更，应用到其它类似合金体系，如铝合金/铝基非晶、镁合金/镁基非晶等，材料选择多样化。因此，该复合材料的研制具有广阔的工业化应用前景。

在棒材直径为3mm，大块非晶体积份数为20%条件下，该复合材料的抗拉强度560MPa，屈服强度475MPa，延伸率3.3%；大块非晶体积份数为75%条件下，该复合材料的抗拉强度1409MPa，屈服强度1220MPa，延伸率3.4%。

附图说明

图1为本发明726K挤压温度条件下获得的新型非晶增强铜基复合棒材。

图2为本发明703K挤压温度条件下获得的新型非晶增强铜基复合棒材的横截面照片。

图3为本发明Cu/ Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈复合材料的界面EDX能谱成分分析。结果表明界面处存在1.64μm 厚度的界面层。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1：（挤压棒材1）

Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈大块非晶合金的制备：

将纯Cu、Zr、Ag和Al金属利用真空电弧炉熔化制备成Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基母合金纽扣坯料；表面机械抛光处理，再将母合金粉碎，在真空条件下，采用快速感应熔化吹铸成直径为3mm的Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈非晶合金棒料。

新型非晶增强铜基复合材料（挤压棒材）的制备：

用制备好的外径为7㎜、内径为3㎜的中空铜合金管和上述Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈非晶合金棒料，按挤压比5.4，置于棒材挤压模具内，在挤压温度为703k，挤压速率为0.1㎜/s的挤压工艺条件下进行挤压成形。最终得到所需的直径为3㎜的Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基非晶增强铜基复合棒材。

实施例2：（挤压棒材2）

Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈大块非晶合金的制备如实施例1所述。

新型非晶增强铜基复合材料（挤压棒材）的制备：

用制备好的外径为7㎜，内径为3㎜的中空铜合金管和上述Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈非晶合金棒料，按挤压比5.4，置于棒材挤压模具内，在挤压温度为726k，挤压速率为0.3㎜/s的挤压工艺条件下进行挤压成形。最终得到所需的直径为3㎜的Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基非晶增强铜基复合棒材。

实施例3：（挤压板材）

Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈大块非晶合金的制备如实施例1所述。

新型非晶增强铜基复合材料（挤压板材）的制备：

用制备好的外径为9㎜，内径为3㎜的中空铜合金管和上述Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈非晶合金棒料，按挤压比8.1，置于板材挤压模具内，在挤压温度为703k，挤压速率为0.3㎜/s的挤压工艺条件下进行挤压成形，最终得到厚2㎜，宽5㎜的Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基非晶增强铜基复合板材。

Claims

1. 一种非晶增强铜基复合材料的制备方法，包括Cu₄₀Zr₄₄Ag₈Al₈基母合金坯料的制备，其特征是将母合金坯料粉碎，在真空条件下，采用快速感应熔化吹铸成直径为1-3mm的棒料，表面抛光处理，作为芯部材料与铜合金复合，芯部非晶合金的体积份数为20%-80%，在过冷液相区间，挤压比为3-10，挤压速率为0.1-0.3㎜/s的条件下挤压板材或棒材。