CN106939378B - 非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法 - Google Patents

非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，包括将非晶合金通过冷液相区温度进行流变行为处理，使得非晶合金连接表面微观凸起处产生塑性变形而增大紧密接触面积，激活原子之间的扩散，使金属键连接变成牢固的冶金连接；将步骤一中经过处理的非晶合金，在控制连接工艺参数下与纯铜连接，保温扩散，非晶合金与纯铜接触的界面区原子扩散，提高了异种材料扩散连接的可靠性，减少了缺陷的形成，从而提高层状材料的连接强度，最终得到非晶合金/纯铜层状复合材料；本发明具有基体并保持非晶态，应用范围广的特点。

Description

非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别涉及非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法。
背景技术
由于变形机制的限制，非晶合金的室温脆性严重制约了它们作为高强度工程材料的广泛应用。为了提高非晶合金的室温塑性和断裂韧性，拓展非晶合金的应用价值，早在80年代国外学者就开始采用电镀法工艺对非晶合金薄带进行处理获得非晶/金属层状复合材料，通过金属与非晶合金带材复合所获得的非晶/金属层状复合材料，在变形过程中由于金属的阻碍限制作用，形成了大量剪切带，抑制了裂纹的生长，可提高室温断裂脆性以及非晶的塑性，见文献(A.T.Alpas,J.D.Embury,Flow localization in thin layers ofamorphous alloys in laminated composites,Scripta Metall.1988,22:265-270)。尽管喷涂工艺方法可以使非晶与金属紧密结合(达到原子级别)，但是随着涂层厚度的增加，涂层中金属与金属层之间的结合比较疏松(与合金内部相比)，在力载荷的作用下，涂层很容易剥落，使其整体性能下降，因此不能作为力承载结构件进行应用。近几年学者开始利用非晶合金过冷液相区的特点，通过共压、半固态锻造以及爆炸焊接等方法可成功获得力学性能良好的非晶合金/金属层状复合材料，但是爆炸焊接以及半固态锻造法工艺复杂，在加工成形过程中易诱使界面处的非晶合金晶化，最终影响复合材料的整体力学性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，通过真空热压方法，可以获得无空洞、无裂缝，无脆性相形成的界面组织，并且达到了原子级别的冶金结合，非晶基体中无晶化相产生，基本保持非晶态，具有良好复合力学性能的功能材料拓宽非晶合金工程应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：1、非晶合金制备：非晶合金采用高真空非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，喷铸成锆基块体非晶合金棒材；锆基块体非晶合金棒材通过冷液相区温度进行流变行为处理，使得锆基块体非晶合金棒材连接表面微观凸起处产生塑性变形而增大紧密接触面积，激活原子之间的扩散，使金属键连接变成牢固的冶金连接；2、预处理：分别将得到的锆基块体非晶合金棒材与铜的样品用1200#砂纸打磨平整，并保证非晶合金棒材试样与铜试样上下表面相互平行；然后将打磨后的非晶合金棒材试样与铜试样的放入丙酮及酒精中进行5min超声波震动清洗，为减少氧原子对界面的影响，吹干后立即放入真空热压炉中；
步骤二：将步骤一中经过处理的非晶合金，在控制连接工艺参数下与纯铜连接，保温扩散，非晶合金与纯铜接触的界面区原子扩散，提高了异种材料扩散连接的可靠性，减少了缺陷的形成，从而提高层状材料的连接强度，最终得到非晶合金/纯铜层状复合材料。
所述的冷液相区的温度为362℃～430℃。
所述的连接工艺参数包括真空度为10-3Pa～10-5Pa，变形速率为10-3s-1，保温时间为10min～50min，连接温度为370℃～400℃，升温速率为40k/min，
本发明的有益效果：
1.利用非晶合金在过冷液相区内具有较好的流动行为以及较好的热稳定性，使异种材料最终达到原子级别的冶金结合，基体并保持非晶态。
2.真空热压法具有工艺简单容易控制的特点，可制备不同尺寸的复合材料板材，可广泛应用于对强度要求高的新一代航空、航天及军事武器需要的壳体部件以及复合装甲的夹层。
附图说明：
图1为本发明提供的Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金/纯铜层状材料从非晶界面到表面的XRD衍射曲线(XRD)：Cu Kα条件。
图2为本发明提供的Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金/纯铜层状材料界面扫描电镜照片。
图3为本发明提供的Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金/纯铜层状材料的界面处高分辨透射电镜照片及与其相应的傅利叶转变图。
具体实施方式
实施例1
非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金采用高真空非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，喷铸成锆基块体非晶合金棒材；将 锆基块体非晶合金棒材与铜的样品用1200#砂纸打磨平整，并保证非晶试样与铜试样上下表面相互平行；然后将其放入丙酮及酒精中进行5min超声波震动清洗，为减少氧原子对界面的影响，吹干后立即放入真空热压炉中；
步骤二：抽高真空到10-5Pa，然后以40k/min的升温速率加热到热压温度370℃，变形速率为10-3s-1下，将锆基块体非晶合金棒材与铜试样扩散连接，然后保温50min；冷却后得到非晶合金/纯铜层状复合材料。
实施例2
非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金采用高真空非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，喷铸成锆基块体非晶合金棒材；将 锆基块体非晶合金棒材与铜的样品用1200#砂纸打磨平整，并保证非晶试样与铜试样上下表面相互平行；然后将其放入丙酮及酒精中进行5min超声波震动清洗，为减少氧原子对界面的影响，吹干后立即放入真空热压炉中；
步骤二：抽高真空到10-4Pa，然后以40k/min的升温速率加热到热压温度390℃，变形速率为10-3s-1下，将锆基块体非晶合金棒材与铜试样扩散连接，然后保温30min；冷却后得到非晶合金/纯铜层状复合材料。
实施例3
非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金采用高真空非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，喷铸成锆基块体非晶合金棒材；将 锆基块体非晶合金棒材与铜的样品用1200#砂纸打磨平整，并保证非晶试样与铜试样上下表面相互平行；然后将其放入丙酮及酒精中进行5min超声波震动清洗，为减少氧原子对界面的影响，吹干后立即放入真空热压炉中；
步骤二：抽高真空到10-3Pa，然后以40k/min的升温速率加热到热压温度400℃，变形速率为10-3s-1下，将锆基块体非晶合金棒材与铜试样扩散连接，然后保温10min；冷却后得到非晶合金/纯铜层状复合材料。

Claims (1)

1.非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：1、非晶合金制备：非晶合金采用高真空非自耗电弧熔炼炉熔炼母合金，喷铸成锆基块体非晶合金棒材；锆基块体非晶合金棒材通过冷液相区温度进行流变行为处理，使得锆基块体非晶合金棒材连接表面微观凸起处产生塑性变形而增大紧密接触面积，激活原子之间的扩散，使金属键连接变成牢固的冶金连接；2、预处理：分别将得到的锆基块体非晶合金棒材与铜的样品用1200#砂纸打磨平整，并保证非晶合金棒材试样与铜试样上下表面相互平行；然后将打磨后的非晶合金棒材试样与铜试样的放入丙酮及酒精中进行5min超声波震动清洗，为减少氧原子对界面的影响，吹干后立即放入真空热压炉中；
步骤二：将步骤一中经过处理的非晶合金，在控制连接工艺参数下与纯铜连接，保温扩散，非晶合金与纯铜接触的界面区原子扩散，提高了异种材料扩散连接的可靠性，减少了缺陷的形成，从而提高层状材料的连接强度，最终得到非晶合金/纯铜层状复合材料；所述的连接工艺参数，即真空度为10-3Pa～10-5Pa，变形速率为10-3s-1，保温时间为10min～50min，连接温度为370℃～400℃，升温速率为40k/min；所述的冷液相区的温度为362℃～430℃。
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