CN106893951B - 铜基块体非晶合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

铜基块体非晶合金复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

铜基块体非晶合金复合材料及其制备方法属于材料科学领域；铜基块体非晶合金复合材料所含成分Cu、Zr、Al和M的原子百分比依次为40％‑50％、40％‑50％、0‑10％和0‑7％，所述成分中M为Nb、Hf、Y元素中的任意一种；在熔炼炉铜坩锅中反复熔炼后，依靠自身重力作用，采用自流浇注方法制备铜基块体非晶合金复合材料；本发明有效解决了非晶合金室温脆性和应变软化问题，具有良好的拉伸塑性。

Description

铜基块体非晶合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学领域技术，主要涉及一种铜基块体非晶合金复合材料及其制备方法。
背景技术
块体非晶合金具有室温脆性和应变软化缺陷，使其作为工程材料受到严重限制。为解决非晶合金室温脆性和应变软化问题，已研制出不同种类的非晶复合材料。现有的非晶复合材料分类主要有两种：一是内生强韧相形成复合材料，二是外加强韧相形成复合材料。由于外加强韧相与非晶合金基体连接强度较差以及复合材料制备工艺的复杂性，促使外加强韧相非晶复合材料受到一定程度限制。在内生强韧相复合材料中，通过调整合金化学成分原位形成强韧相，使用吸铸方法制备非晶复合材料。在目前研制的Ti基、Zr基非晶合金复合材料中，虽然体现一定压缩塑性，但是存在应变软化问题。在CuZr基非晶复合材料中，通过添加贵金属Ta或需要样品预变形而诱导马氏体相变产生塑性，但贵金属添加提高了成本以及预变形工艺的复杂性，促使CuZr基复合材料也具有一定的局限性。另外，由于使用吸铸方法制备非晶复合材料，其塑性较低，加工硬化能力也较差，存在的技术问题是吸铸方法冷却速度过快，不利于强韧相原位形成。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的非晶合金室温脆性及应变软化问题，提供一种铜基块体非晶合金复合材料及其制备方法，达到简化制备工艺、提高拉伸塑性及加工硬化能力、降低成本的目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种铜基块体非晶合金复合材料，所述铜基块体非晶合金复合材料含有原子百分比为40％-50％的Cu、40％-50％的Zr、0-10％的Al和0-7％的M，所述成分中M为Nb、Hf、Y元素中的任意一种。
一种铜基块体非晶合金复合材料制备方法：将含有确定原子百分比的Cu、Zr、Al和M成份且配制好的原材料放入纯Ti吸氧高纯氩气保护气氛的钨极电弧熔炼炉铜坩锅中，向炉内反复充放高纯氩气3次，排净炉内空气，每次炉内气压维持在5×10-3Pa，使之充满保护气体，在200A电流下，每次熔炼3分钟，反复熔炼4次；在熔炼铜坩锅内，在熔体自身重力作用下，通过直径≥2mm石墨管，采用自流浇注方法将熔体滴铸铜模中，制备直径不小于2mm的块体非晶合金复合材料。
本发明的铜基块体非晶合金复合材料具有高强度、高硬度的优异力学性能、不含贵金属的低成本优势和明显的加工硬化能力和拉伸塑性，其最大拉伸塑性不小于8％；本发明非晶合金复合材料制备方法采用自流浇注方法，工艺简单、实用，制备质量好，解决了非晶合金室温脆性及应变软化的难题。
具体实施方式
下面对本发明实施例进行详细描述。表1是本发明制备方法获得的棒状复合材料及其拉伸性能表。
实施例1
采用Cu、Zr、Al、Nb四种元素，按每个合金母锭10g质量，配制Cu44.3Zr48Al4Nb3.7非晶合金各成分质量，制备直径为3mm的块体非晶复合材料。
实施例2
采用Cu、Zr、Al、Hf四种元素，按每个合金母锭10g质量，配制Cu48Zr45Al6Hf1非晶合金各成分质量，制备直径为4mm的块体非晶复合材料。
实施例3
采用Cu、Zr、Al、Y四种元素，按每个合金母锭10g质量，配制Cu48Zr45Al6Y1非晶合金各成分质量，制备直径为5mm的块体非晶复合材料。
实施例4
采用Cu、Zr二种元素，按每个合金母锭10g质量，配制Cu50Zr50非晶合金各成分质量，制备直径为2.5mm的块体非晶复合材料。
实施例5
铜基块体非晶合金复合材料制备方法如下：将配制好的原材料放入纯Ti吸氧高纯氩气保护气氛的钨极电弧熔炼炉铜坩锅中，向炉内反复充放高纯氩气3次，排净炉内空气，每次炉内气压维持在5×10-3Pa，使之充满保护气体；在200A电流下，每次熔炼3分钟，为确保合金成分均匀，需反复熔炼4次；在熔炼铜坩埚内，在熔体自身重力作用下，通过直径≥2mm石墨管，采用自流浇注方法将熔体滴铸铜模中，制备直径不小于2mm的块体非晶合金复合材料。
本发明在制备非晶合金复合材料过程中，可以促使强韧相均匀分布，有效提高了室温拉伸塑性及加工硬化能力，消除了非晶合金室温脆性及应变软化的不良效果，扩展了非晶合金的广泛应用。
表1

Claims (1)

1.一种铜基块体非晶合金复合材料的制备方法，所述铜基块体非晶合金复合材料含有原子百分比为40％-50％的Cu、40％-50％的Zr、0-10％的Al和0-7％的M，所述成分中M为Nb、Hf、Y元素中的任意一种；其特征在于：将含有确定原子百分比的Cu、Zr、Al和M成份且配制好的原材料放入纯Ti吸氧高纯氩气保护气氛的钨极电弧熔炼炉铜坩锅中，向炉内反复充放高纯氩气3次，排净炉内空气，每次炉内气压维持在5×10-3Pa，使之充满保护气体，在200A电流下，每次熔炼3分钟，反复熔炼4次；在熔炼铜坩锅内，在熔体自身重力作用下，通过直径≥2mm石墨管，采用自流浇注方法将熔体滴铸铜模中，制备直径不小于2mm的块体非晶合金复合材料。
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