CN103602930B - 含高熔点元素的镁基非晶复合材料 - Google Patents

含高熔点元素的镁基非晶复合材料 Download PDF

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Abstract

含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90X10（X=Zr,Ti,Be），杂质元素及原子百分比为O≤0.002%。本发明通过在Mg58.5Cu30.5Y11中加入原子分数为10%的Zr、Ti和Be元素，使合金分别产生了不同的晶态第二相，相比于基体相，它们拥有更高的强度，所以能在压缩过程中阻碍剪切带的扩展，使非晶的断裂强度得到提高。解决了镁基非晶无法展示出真实断裂强度的问题，为非晶复合材料的应用提供了一条很有前景的途径。

Description

含高熔点元素的镁基非晶复合材料
技术领域
本发明属于非晶复合材料技术领域，具体涉及具有高断裂强度的镁基非晶复合材料。
背景技术
镁为元素周期表中ⅡA族碱土金属元素，相对原子质量为24.305，在所有结构金属中，密排六方结构的镁具有1.738g/cm3的最小密度。在大量的非晶合金中，相比于其它基体，镁基非晶合金其具有高的比强度、优良的力学性能、在地表中的大储藏量、低成本和易回收等优点。但镁基非晶是非晶合金中脆性最大的，这严重制约了它在工程实践上的应用。
在压缩试验中，镁基非晶往往在达到弹性极限之前，就由于试样内部的微小裂纹而发生脆性断裂。这表明在绝大部分压缩试验中，Mg基非晶合金所表现出来的压缩强度都没有达到其真实强度。很多实验已经证明，对于很多镁基非晶合金来说，当试样的直径超过2mm时，它就无法展现可靠的断裂强度了。这种现象在Mg-TM-RE（TM为过渡金属，RE为稀土金属）非晶合金体系中表现的尤为明显。
为了改善非晶合金的综合性能，以非晶合金为基体的复合材料的制备和研究成为了当前非晶合金研究的热点。人们通过在非晶基体中引入或硬或韧第二相颗粒的方法，形成了非晶合金复合材料，阻止单一剪切带的扩展，激活更多剪切带的萌生，进而提高非晶合金的综合力学性能。非晶合金复合材料的制备主要有外加复合和内生复合两种方法，其中内生复合法在合金制备和力学性能的提高等方面都更为有效。
本发明拟公开Mg-Cu-Y-X（X=Zr,Ti,Be）非晶复合材料，通过添加高熔点元素Zr、Ti、Be来使镁基非晶复合材料的原子结构发生变化，析出了新的第二相，使合金的断裂强度得到了一定程度的提高。
发明内容
本发明提供含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其目的是提高镁基非晶复合材料的力学性能，使镁基非晶展示出真实的断裂强度，制备出具有室温抗压强度≥740.1MPa。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90X10（X=Zr,Ti,Be）。
杂质元素及质量百分比为O≤0.002%。
镁基非晶合金复合材料的室温抗压强度≥740.1MPa。
本发明通过添加高熔点元素，使镁基非晶复合材料的原子结构发生变化，析出了新的第二相，提高了合金的断裂强度。
附图说明
图1为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Zr10合金2000倍的SEM照片。
图2为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Ti10合金2000倍的SEM照片。
图3为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Be10合金2000倍的SEM照片。
图4为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90X10（X=Zr,Ti,Be）合金直径为3mm试样的应力应变曲线。
具体实施方式
本发明公开含高熔点元素的镁基非晶复合材料，具有较高的强度，从而使镁基非晶合金展现了真实的断裂强度，为非晶复合材料的应用化提供了一条很有前景的途径。
所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90X10（X=Zr,Ti,Be），杂质元素及原子百分比为O≤0.002%。
上述非晶复合材料的特点是：室温抗压强度≥740.1MPa。
本发明通过在Mg58.5Cu30.5Y11中加入原子分数为10%的Zr、Ti和Be元素，使非晶合金的断裂强度得到了加强。实验表明，Zr、Ti和Be元素的加入，使合金分别产生了不同的晶态第二相，相比于基体相，它们拥有更高的强度，所以能在压缩过程中阻碍剪切带的扩展，使非晶的断裂强度得到提高。
上述含高熔点元素的镁基非晶复合材料是通过以下步骤制备的：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的纯Mg、99.9%的纯Cu、99.9%的纯Y、99.9%的纯Zr、99.9%的纯Ti和99.9%的纯Be，各元素的原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90X10（X=Zr,Ti,Be），杂质含量O≤0.002%；
（2）熔炼：首先用电弧炉将高熔点元素Cu、Y、和X熔炼成中间合金，再将中间合金和元素Mg用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体；
（3）浇铸：将熔化的金属液浇注成圆柱试样。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，需要说明的是，本发明的保护范围并不仅限于下述实施例。
实施例1：
含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Zr10。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的纯Mg、99.9%的纯Cu、99.9%的纯Y和99.9%的纯Zr，各元素的原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Zr10，杂质含量O≤0.002%；
（2）熔炼：首先用电弧炉将高熔点元素Cu、Y、和Zr熔炼成中间合金，再将中间合金和元素Mg用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体；
（3）浇铸：将熔化的金属液浇注成直径为3mm的圆柱试样。
镁基非晶复合材料的室温抗压强度≥740.1MPa。
实施例2：
含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Ti10。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的纯Mg、99.9%的纯Cu、99.9%的纯Y和99.9%的纯Ti，各元素的原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Ti10，杂质含量O≤0.002%；
（2）熔炼：首先用电弧炉将高熔点元素Cu、Y、和Ti熔炼成中间合金，再将中间合金和元素Mg用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体；
（3）浇铸：将熔化的金属液浇注成直径为3mm的圆柱试样。
镁基非晶复合材料的室温抗压强度≥797.6MPa。
实施例3：
含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Be10。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的纯Mg、99.9%的纯Cu、99.9%的纯Y和99.9%的纯Be，各元素的原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Be10，杂质含量O≤0.002%；
（2）熔炼：首先用电弧炉将高熔点元素Cu、Y、和Be熔炼成中间合金，再将中间合金和元素Mg用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体；
（3）浇铸：将熔化的金属液浇注成直径为3mm的圆柱试样。
镁基非晶复合材料的室温抗压强度≥952.6MPa。

Claims (3)

1.含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：所述合金的组分及原子百分比为（Mg0.585Cu0.305Y0.11)90Zr10。
2.根据权利要求1所述含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：杂质元素及质量百分比为O≤0.002%。
3.根据权利要求1所述含高熔点元素的镁基非晶复合材料，其特征在于：镁基非晶合金复合材料的室温抗压强度≥740.1MPa。
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