CN109371338A - 一种b2相增韧非晶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种B2相增韧非晶复合材料及其制备方法，属于非晶复合材料技术领域。该B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)100‑xCux，x为0~8；将按照(ZrCo)100‑xCux进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，然后合金以1000 K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复至少4次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)100‑xCux非晶复合材料。本发明调节ZrCoCu合金中的Cu元素，通过水冷铜模方法可以使ZrCoCu合金在快速凝固中可以产生B2（CsCl结构）CuZr相和CoZr相，进而可以增加该类非晶复合材料的塑韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种B2相增韧非晶复合材料及其制备方法，属于非晶复合材料技术领域。
背景技术
由于非晶合金特殊的原子结构，与传统的晶态合金相比它具有一些独特的物理、化学和力学性能。因此这些特性使该材料具有良好的应用前景。广泛应用于微型精密器件、军事领域、磁性应用、体育用品和生物医学材料等领域，但是不得不说的是，作为极具潜力的结构材料，尽管具有高强度、高硬度、高断裂韧性等一系列优异的力学性能，但塑性缺乏缺是大多数非晶合金和非晶复合材料的通病。因此，室温脆性问题已经发展成为BMG材料应用的重要瓶颈。为改善块状非晶合金材料变形时的室温脆性和室温软化，目前改善非金合金塑性的方法主要是通过在非晶合金中引入第二相，从而形成非晶复合材料。研究者根据第二相引入方式的不同将其制备方法分为外加法和原位法两种。B2相由于其具有CsCl结构，因此改相塑韧性能较好，适合作为第二相引入非晶合金中。但是现有技术通过外加法引入第二相成为非晶复合材料，由于第二相和非晶基体结合力不好，因此其合金中的缺陷比较明显，在发生压缩或者拉伸时会很容易产生裂纹，故其力学性能不好。
发明内容
为改善ZrCu基块状非晶合金材料变形时的室温脆性和室温软化，本发明提供一种B2相增韧非晶复合材料及其制备方法。本发明引入第二相B2相增韧的非晶复合材料的方法为原位法。本发明调节ZrCoCu合金中的Cu元素，通过水冷铜模方法可以使ZrCoCu合金在快速凝固中可以产生B2（CsCl结构）CuZr相和CoZr相，进而可以增加该类非晶复合材料的塑韧性。本发明通过以下技术方案实现。
一种B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)100-xCux，x为0~8。
一种B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
将按照(ZrCo)100-xCux进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，然后合金以1000 K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复至少4次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)100-xCux非晶复合材料。
所述电弧熔炼炉熔炼过程中抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999 %的Ar气至一个大气压。
本发明的原理：在ZrCoCu合金中，由Zr-Co相图和Zr-Cu相图知，当Zr与Co原子百分比为1:1时会形成B2结构的ZrCo相；而当Zr与Cu原子百分比为1:1时会在高于988 K时形成B2结构的ZrCu相，通过一定的冷却速率会使B2相来不及分解为其他相，ZrCoCu非晶合金中含有塑性较好的B2 ZrCo相和ZrCu相增强的韧塑化非晶复合材料。
本发明通过将B2结构的ZrCo相和ZrCu相效应引入非晶复合材料中，可以有效地提高ZrCoCu非晶合金在室温变形时塑性差的缺陷，获得大的压缩塑性。在ZrCoCu合金通过控制Cu元素含量，从而使得该合金结构中含有单一的B2结构的ZrCo相和ZrCu相，在室温压缩变形过程中塑性较好的B2相可以使ZrCoCu非晶合金的工程应变增大，这种方法为制备非晶复合材料提供了新的思路，极大地提升了非晶合金潜在的结构应用。通过在非晶基体中引入塑韧性较好的第二相B2结构的CuZr相和CoZr相，变形过程中非晶复合材料的整体的塑韧性能得到了提高。
本发明的有益效果：本发明提出了一种B2相增韧非晶复合材料及制备方法，B2相增韧非晶复合材料的原子特征比为(ZrCo)100-xCux，利用快速凝固方法制得的(ZrCo)100-xCux非晶复合材料不仅具有非晶本身的优异的力学性能，例如高的断裂强度、大的弹性极限等，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，在室温变形过程中具有良好的塑性。
附图说明
图1是本发明实施例4制备得到的(ZrCo)94Cu6非晶复合材料经过腐蚀液腐蚀后的背散射图；
图2是本发明实施例1至5制备得到的(ZrCo)100-xCux非晶复合材料XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)100Cu0。
该B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
将按照(ZrCo)100Cu0进行配料，将各成分金属（Zr、Co、Cu纯度大于99.99%）放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程中，抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999%的Ar气至一个大气压，电弧熔炼炉加热至温度为合金熔点以上（1890℃）熔炼均匀，然后合金以1000K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复4次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)100Cu0非晶复合材料（长为70mm，直径为2mm）。
本实施例制备得到的(ZrCo)100Cu0非晶复合材料XRD衍射图如图2所示。不同原子比对应材料的性能如表1所示。
实施例2
该B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)98Cu2。
该B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
将按照(ZrCo)98Cu2进行配料，将各成分金属（Zr、Co、Cu纯度大于99.99%）放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程中，抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999%的Ar气至一个大气压，电弧熔炼炉加热至温度为合金熔点以上（1890℃）熔炼均匀，然后合金以1000 K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复5次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)98Cu2非晶复合材料（长为70mm，直径为2mm）。
本实施例制备得到的(ZrCo)98Cu2非晶复合材料XRD衍射图如图2所示。不同原子比对应材料的性能如表1所示。
实施例3
该B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)96Cu4。
该B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
将按照(ZrCo)96Cu4进行配料，将各成分金属（Zr、Co、Cu纯度大于99.99%）放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程中，抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999%的Ar气至一个大气压，电弧熔炼炉加热至温度为合金熔点以上（1890℃）熔炼均匀，然后合金以1000K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复10次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)96Cu4非晶复合材料（长为70mm，直径为2mm）。
本实施例制备得到的(ZrCo)96Cu4非晶复合材料XRD衍射图如图2所示。不同原子比对应材料的性能如表1所示。
实施例4
该B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)94Cu6。
该B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
将按照(ZrCo)96Cu4进行配料，将各成分金属（Zr、Co、Cu纯度大于99.99%）放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程中，抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999%的Ar气至一个大气压，电弧熔炼炉加热至温度为合金熔点以上（1890℃）熔炼均匀，然后合金以1000K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复10次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)94Cu6非晶复合材料（长为70mm，直径为2mm）。
本实施例制备得到的(ZrCo)94Cu6非晶复合材料XRD衍射图如图2所示。不同原子比对应材料的性能如表1所示。
本实施例制备得到的(ZrCo)94Cu6非晶复合材料经过腐蚀液（H2O:HCl：HF=14:3:1腐蚀液）腐蚀后的背散射图如图1所示，从图1中可以很明显看出圆形圈内为B2晶体相，而方形圈内为非晶相，说明B2晶体相弥散分布在非晶相中。
实施例5
该B2相增韧非晶复合材料，该复合材料的原子比为(ZrCo)92Cu8。
该B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
将按照(ZrCo)92Cu8进行配料，将各成分金属（Zr、Co、Cu纯度大于99.99%）放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程中，抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999%的Ar气至一个大气压，电弧熔炼炉加热至温度为合金熔点以上（1890℃）熔炼均匀，然后合金以1000K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复10次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)92Cu8非晶复合材料（长为70mm，直径为2mm）。
本实施例制备得到的(ZrCo)92Cu8非晶复合材料XRD衍射图如图2所示。不同原子比对应材料的性能如表1所示。
从图2可以看出随着Cu含量增多，B2结构的CuZr相和CoZr相的衍射峰强度增强，当Cu含量达到6at%时，B2结构的CuZr相和CoZr相的衍射峰强度最强，当Cu含量达到8at%时，ZrCoCu合金中出现了CuZr马氏体相。
表1 不同原子比对应材料的性能
通过实施例1~5可以看出随着Cu含量的增多，ZrCuCo合金的塑性先增大，当Cu含量达到6 at %时，工程应变达到最高为16 %，而超过8 at %时，工程应变又降为14.5 %，而工程应力一直增大，结合附图2的XRD图知道这是由于当Cu含量达到6 at %时所生成了单一的B2(Cu/Co)Zr相，当Cu含量达到8 at %时所生成了硬脆相ZrCu马氏体相，因此其塑韧相减弱，而抗压强度增强到2.3GPa。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种B2相增韧非晶复合材料，其特征在于：该复合材料的原子比为(ZrCo)100-xCux，x为0~8。
2.一种根据权利要求1所述的B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
将按照(ZrCo)100-xCux进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，然后合金以1000K/s的冷却速度快速冷却至室温，然后将合金锭进行翻转，重新熔融，重复至少4次得到母合金，将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状(ZrCo)100-xCux非晶复合材料。
3.根据权利要求2所述的B2相增韧非晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述电弧熔炼炉熔炼过程中抽至真空度5×10-5Pa，然后再充纯度为99.9999 %的Ar气至一个大气压。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190222 |