CN105401105B - 高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法 - Google Patents

高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105401105B
CN105401105B CN201510790088.6A CN201510790088A CN105401105B CN 105401105 B CN105401105 B CN 105401105B CN 201510790088 A CN201510790088 A CN 201510790088A CN 105401105 B CN105401105 B CN 105401105B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasticity
amorphous
alloy
amorphous composite
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510790088.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105401105A (zh
Inventor
宋凯凯
吴点宇
曹崇德
白晓军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Shandong University Weihai
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Shandong University Weihai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University, Shandong University Weihai filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201510790088.6A priority Critical patent/CN105401105B/zh
Publication of CN105401105A publication Critical patent/CN105401105A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105401105B publication Critical patent/CN105401105B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/11—Making amorphous alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法，高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料的原子特征配比为Cu47.25Zr47.25Zn4.5，利用快速凝固方法制得的Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶复合材料不仅具有非晶本身的优异的力学性能，例如高断裂强度(1713±75MPa)、大的弹性极限(2.0±0.1％)等，而且克服了剪切带高度局域化引起的脆性和应变软化导致的低塑性等缺陷，在室温变形过程中不仅具有良好的塑性(6.8±0.8％)，而且表现出了微观加工硬化能力。

Description

高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于非晶复合材料及制备方法，具体涉及一种高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料的制备方法。
背景技术
CuZr基金属玻璃由于其具有大弹性极限、高强度和量好大的抗腐蚀性，成为结构、功能应用材料的理想选择。CuZr基金属玻璃的组织结构、玻璃形成能力(GFA)、晶化行为和力学性能等已经被广泛研究，例如，在CuZr合金内掺杂Ag、Al、Ti、Hf和Ra(稀土元素)时，可以较易地制得具有良好性能的CuZr基块体金属玻璃(BMGs)。然而，这些具有无序结构的单斜BMGs在压缩加载时由于其剪切带的高度局域化，往往呈现出明显的脆性断裂。
为了解决CuZr基金属玻璃变形时的室温脆性和室温软化，快速凝固过程中在CuZr基金属玻璃中引入了可以抑制玻璃基体中剪切带快速传播并且促进多重剪切带增殖的纳米-微米级B2 CuZr相。具有内生B2 CuZr相的CuZr基合金展现出优异的拉伸塑性、高强度和良好的加工硬化能力。就此来看，在快速冷却过程中在获得非晶相同时，稳定B2 CuZr相是至关重要的。
然而对于Cu50Zr50合金，高温亚稳相的立方B2 CuZr相在988K会通过共析反应分解为低温平衡相。为了在淬火过程中将B2 CuZr相稳定在室温，除了调节淬火参数外，还应该考虑在合金内添加微量元素来稳定B2 CuZr相。目前为止，研究发现通过在CuZr基合金内添加Co元素，可以显著地提高B2 CuZr相的热稳定性并且在凝固时可以较易的析出B2 CuZr相。此外，虽然添加微量的Ag、Al、Ti、Hf和Ra(稀土元素)可以提高GFA，但是B2 CuZr相的热稳定性不会明显的提升甚至对一些组分会有恶化的趋势。
而且考虑到快速凝固过程中非晶相与B2 CuZr相之间的相互竞争，急需寻找一种替代元素以稳定B2 CuZr相和提高CuZr基合金的GFA。同时该元素相对来说应该价格便宜以适用于未来CuZr基BMGs复合材料作为结构功能材料的应用。Zn元素作为添加元素具有以下的原因：(1)CuZn同样的也具有立方B2 CuZn相，并且具有与B2ZrCo and B2 CuZr相似的良好的形状记忆能力；(2)凝固过程中Zn元素可以很好的固溶进Cu、Zr内，其最大固溶度分别为38.27 at.％and 28.1 at.％；(3)微量的Zn元素可以提高Ca基、Mg基BMGs的GFA；(4)相对Ag、Al、Ti、Hf和Ra(稀土元素)，Zn价格更加便宜。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料及制备方法。
技术方案
一种高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料，其特征在于：非晶复合材料的原子特征配比为Cu47.25Zr47.25Zn4.5。
所述各成分金属的纯度大于99.99％。
一种所述高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：按照非晶复合材料的原子特征配比Cu50Zr50，称取各成分金属并放置于电弧炉水冷坩埚中
步骤2：将电弧炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤3：开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复3-4次使合金混合均匀得到Cu50Zr50母合金；
步骤4：将母合金去除表面氧化皮，以Cu50Zr50母合金与高纯Zn按原子特征配比Cu47.25Zr47.25Zn4.5进行配料；
步骤5：将配制好的Cu50Zr50母合金和高纯Zn放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；
步骤6：将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤7：开启感应电源进行，当熔体融化充分至橙红色时，关闭电源；冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；再次重复本过程；
步骤8：感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到块状Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶棒材复合材料。
所述步骤8得到的块状Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶棒材复合材料的直径为2mm。
有益效果
本发明提出的一种高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料及制备方法，高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料的原子特征配比为Cu47.25Zr47.25Zn4.5，利用快速凝固方法制得的Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶复合材料不仅具有非晶本身的优异的力学性能，例如高断裂强度(1713±75MPa)、大的弹性极限(2.0±0.1％)等，而且克服了剪切带高度局域化引起的脆性和应变软化导致的低塑性等缺陷，在室温变形过程中不仅具有良好的塑性(6.8±0.8％)，而且表现出了微观加工硬化能力。
附图说明
图1，为Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶复合材料的光镜图(OM)；
图2，为Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶复合材料的XRD衍射图；
图3，为Cu47.25Zr47.25Zn4.5非晶复合材料的室温力学压缩应力应变曲线图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
步骤1：制备Cu47.25Zr47.25Zn4.5样品5g，则称取纯Cu 1.9744g，纯Zr 2.8342g，配比好至于打磨干净的水冷坩埚中；
步骤2：将电弧炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤3：开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复3次使合金混合均匀得到Cu50Zr50母合金；
步骤4：将母合金去除表面氧化皮敲碎，称取纯Zn 0.1914g，将其混合；
步骤5：放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；
步骤6：将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤7：开启感应电源，充分熔炼。冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；重复两次以确保成分均匀；
步骤9：感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到直径为2mm的Cu-Zr-Zn非晶棒材复合材料。
实施例2：
步骤1：制备Cu47.25Zr47.25Zn4.5样品5g，则称取纯Cu 1.9744g，纯Zr 2.8342g，配比好至于打磨干净的水冷坩埚中；
步骤2：将电弧炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤3：开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复4次使合金混合均匀得到Cu50Zr50母合金；
步骤4：将母合金去除表面氧化皮敲碎，称取纯Zn 0.1914g，将其混合；
步骤5：放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；
步骤6：将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤7：开启感应电源，充分熔炼。冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；重复两次以确保成分均匀；
步骤8：感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到直径为2mm的Cu-Zr-Zn非晶棒材复合材料。
本发明提供的Cu-Zr-Zn非晶棒材复合材料的力学性能参数如下表：

Claims (3)

1.一种高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料，其特征在于：非晶复合材料的原子特征配比为Cu47.75Zr47.75Zn4.5。
2.一种权利要求1所述高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：按照非晶复合材料的原子特征配比Cu50Zr50，称取各成分金属并放置于电弧炉水冷坩埚中
步骤2：将电弧炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤3：开启电弧炉加热至步骤1所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复3-4次使合金混合均匀得到Cu50Zr50母合金；
步骤4：将母合金去除表面氧化皮，以Cu50Zr50母合金与高纯Zn按原子特征配比Cu47.75Zr47.75Zn4.5进行配料；
步骤5：将配制好的Cu50Zr50母合金和高纯Zn放入高真空高频感应熔炼-吹铸炉中的石英试管中；
步骤6：将高真空高频感应熔炼-吹铸炉抽至真空度5×10-5Pa，然后反充纯度为99.999％的Ar气至一个大气压；
步骤7：开启感应电源进行，当熔体融化充分至橙红色时，关闭电源；冷却至室温取出，去除氧化皮后敲碎重新置于石英管内；再次重复本过程；
步骤8：感应熔炼充分后，将熔体经石英管管小孔吹铸至水冷铜模得到块状Cu47.75Zr47.75Zn4.5非晶棒材复合材料。
3.根据权利要求2所述高强高塑性Cu-Zr-Zn非晶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤8得到的块状Cu47.75Zr47.75Zn4.5非晶棒材复合材料的直径为2mm。
CN201510790088.6A 2015-11-17 2015-11-17 高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法 Expired - Fee Related CN105401105B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510790088.6A CN105401105B (zh) 2015-11-17 2015-11-17 高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510790088.6A CN105401105B (zh) 2015-11-17 2015-11-17 高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105401105A CN105401105A (zh) 2016-03-16
CN105401105B true CN105401105B (zh) 2017-04-26

Family

ID=55466855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510790088.6A Expired - Fee Related CN105401105B (zh) 2015-11-17 2015-11-17 高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105401105B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109112435A (zh) * 2018-08-28 2019-01-01 昆明理工大学 一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6059034A (ja) * 1983-09-13 1985-04-05 Takeshi Masumoto Ｃｕ−Ζｒ系非晶質金属細線
US20140227125A1 (en) * 2013-02-11 2014-08-14 California Institute Of Technology Systems and methods for fabricating objects from bulk metallic glass matrix composites using primary crystallization

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Microstructural tailoring and improvement of mechanical properties in CuZr-based bulk metallic glass composites;Zengqian Liu et al.;《Acta MATERIALIA》;20120310;第60卷;第3128-3139页 *
Strategy for pinpointing the formation of B2 CuZr in metastable CuZr-based shape memory alloys;K.K.Song et al.;《Acta MATERIALIA》;20110806;第59卷;第6620-6630页 *
微量Zr对Cu-13Zn合金组织和性能的影响;尹志民等;《中国有色金属学报》;19991231;第9卷(第4期);第705-708页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105401105A (zh) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101538690A (zh) 一种非晶合金及其制备方法
CN101979690B (zh) 一种TiAl基合金板材的制备方法
CN106947925A (zh) 一种Zr基块体非晶合金及其制备方法和应用
JP2015504483A (ja) Ｚｒ基非晶質合金
CN106903294B (zh) 一种低成本非晶合金件的制备方法及低成本非晶合金件
CN110777273B (zh) 一种提升难熔高熵合金的室温塑性的方法
CN113667875A (zh) 一种MoNbTaTiVSix高熵合金及其制备方法
CN103572184A (zh) 一种高强度铜银合金材料的制备方法
CN101328566B (zh) 一种大块稀土钆基复合非晶材料及其制备方法
CN102424927A (zh) 镁铝合金及其制备方法
CN105401105B (zh) 高强高塑性Cu‑Zr‑Zn非晶复合材料及制备方法
CN101575686B (zh) 一种镁基块体非晶合金基内生复合材料
CN102634691A (zh) 一种高强度高耐腐蚀性白铜合金及其制造方法
CN101372735B (zh) Mg-Ni-(Gd,Nd)系大块非晶合金及其制备方法
CN108504966A (zh) 一种钴基块体非晶合金及其制备方法
CN109468548B (zh) 一种宽过冷液相区锆基非晶合金
CN105401104B (zh) 高强度块体Cu‑Zr‑Zn金属玻璃及制备方法
CN111394665A (zh) 一种TiCuZrPdFe非晶合金及其制备方法
CN102912259A (zh) 一种锆基金属玻璃内生复合材料及其制备方法
CN103173699A (zh) 含Zn的Mg-Cu-Gd块体非晶合金及制备方法
CN101942618B (zh) 一种镁基块体金属玻璃复合材料及其制备方法
CN107779790B (zh) 一种含锗无镍无磷大尺寸钯基非晶合金及其制备方法
CN109112435A (zh) 一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法
CN114855050A (zh) 一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法
CN108165780A (zh) 一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170426

Termination date: 20171117