CN113322422A - 一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于非晶合金复合材料技术领域，并具体公开了一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法，该复合材料组成表达式为(ZraCubAlc)dTae，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；所述复合材料的基体是锆基非晶合金，增强相为核壳结构的混杂相，其中富Ta相为所述混杂相的核心，B2‑CuZr相和B19'‑CuZr相为所述混杂相的壳。本发明成功细化了锆基非晶复合材料中B2‑CuZr相的尺寸并实现了其较均匀分布，同时引入了一种核壳混杂的复杂复合结构，进一步提高了锆基非晶复合材料的室温综合力学性能，拓展了锆基非晶的应用前景。

Description

一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于非晶合金复合材料技术领域，更具体地，涉及一种混杂相增强锆基非晶复合材料及其制备方法。
背景技术
不同于传统晶态合金，通过快速冷却而获得的非晶合金保留了液体金属内部原子排列短程有序、长程无序的特征，非晶合金内部不存在晶界和位错等缺陷，表现出优于晶态合金的高强度、高硬度、大弹性极限等性能特点。目前，研究开发虽已得到了Zr基、Al基、Mg基、Ti基、Fe基等一系列非晶合金，但绝大多数非晶合金表现出室温脆断特征，不利于其实际应用。非晶合金的变形集中在局域狭窄剪切带内，使局域温度升高软化，迅速失稳转化为裂纹。向非晶基体中引入晶态第二相可有效缓解形变局域化特征，促使剪切带发生增殖，使变形更加均匀地分布在多重剪切带中，可有效提高非晶合金的室温塑性。
近年来，部分ZrCu系非晶合金中发现了原位自生的B2-CuZr相(D.C.Hofmann.Shape memory bulk metallic glass composites.Science,2010(329):1294-1295)，其不仅可抑制变形过程中合金基体剪切带的迅速扩展，同时本身可发生应力诱发马氏体相变而产生明显的加工硬化行为，为改善非晶合金的室温脆性、拓展非晶合金的应用前景提供了一种新途径。然而，由于试样中温度梯度和冷却速率的变化，原位析出的B2-CuZr通常尺寸粗大且分布不均匀，不利于合金力学性能的提高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种混杂相增强锆基非晶复合材料，旨在解决现有ZrCu系非晶合金中由于B2-CuZr相分布不均匀及尺寸粗大而导致合金塑性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种混杂相增强锆基非晶复合材料，其组成表达式为(ZraCubAlc)dTae，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；
所述复合材料的基体是锆基非晶合金，增强相为核壳结构的混杂相，其中富Ta相为所述混杂相的核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相为所述混杂相的壳。
进一步优选地，所述复合材料组成表达式中，92≤d≤95，5≤e≤8。
按照本发明的另一方面，提供了一种混杂相增强锆基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照所制备复合材料的组成准备Zr、Cu、Al和Ta原料，该复合材料组成表达式为(ZraCubAlc)dTae，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1，d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；
S2、对原料中的Zr、Ta进行真空电弧熔炼得到Zr-Ta中间合金，再对Zr-Ta中间合金和原料中的Cu、Al进行真空电弧熔炼得到Zr-Cu-Al-Ta母合金；
S3、对步骤S2得到的Zr-Cu-Al-Ta母合金进行真空感应熔炼，喷铸得到混杂相增强锆基非晶复合材料。
进一步优选地，步骤S1中，所述原料均经过机械打磨且去除氧化皮。
进一步优选地，步骤S2中，所述真空电弧熔炼的具体操作为：将原料置于水冷铜模坩埚内，对电弧熔炼设备抽真空，在真空环境下充入惰性保护气体保压，然后对原料进行电弧熔炼，待熔炼后的合金熔体冷却后对其翻面，再继续进行电弧熔炼，如此重复熔炼多次后，冷却得到相应的合金。
进一步优选地，所述电弧熔炼时的真空度为3.0×10-3Pa～5.0×10-3Pa，所述惰性保护气体为纯度为99.999％的氩气，所述惰性保护气体的相对保护压力为-0.05MPa。
进一步优选地，制备Zr-Ta中间合金过程中的熔炼温度为3000℃～3500℃，制备Zr-Cu-Al-Ta母合金过程中的熔炼温度为1000℃～2000℃。
进一步优选地，步骤S3中，所述真空感应熔炼的具体操作为：将破碎后的Zr-Cu-Al-Ta母合金块置于底部开有小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼设备抽真空，在真空环境下充入惰性保护气体保压，对合金块进行感应加热熔炼，合金块熔化后对熔体施加一定压力的惰性气体，使得熔体喷出进入底部的铜模中，得到混杂相增强锆基非晶复合材料。
进一步优选地，所述石英管坩埚底部小孔的直径为0.8mm-1mm。
进一步优选地，所述感应熔炼时的真空度为3.0×10-3Pa～5.0×10-3Pa，所述惰性保护气体为纯度为99.999％的氩气，所述惰性保护气体的相对保护压力为-0.05MPa。
进一步优选地，所述感应熔炼温度为700℃～900℃。
进一步优选地，所述合金块熔化后对熔体施加惰性气体压力为0.02MPa～0.15MPa。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的混杂相增强锆基非晶复合材料，通过在Zr基非晶基体中引入原位内生富Ta相，使得高熔点的富Ta相在凝固过程中率先析出，并作为B2-CuZr相的异质形核基底，生成了以富Ta相为核相、B2-CuZr和B19'-CuZr相为壳相的核壳混杂相结构，促进了B2-CuZr相和B19'-CuZr相的均匀析出，解决了B2-CuZr相分布不均匀和粗大的问题，相比基体合金，本发明复合材料表现出更为优异的断裂强度和塑性。
(2)本发明提供的混杂相增强锆基非晶复合材料的制备方法，通过对合金原料进行电弧熔炼，得到均匀的合金锭，其气体和易挥发杂质少，金属性能好；由于合金锭熔点较低，通过感应熔炼后喷铸到一定尺寸的铜模中，制备得到室温综合力学性能好的非晶复合材料。
(3)本发明制备方法通过对不同原料依次进行熔炼，并且对熔炼炉中的熔体反复翻面、熔炼，可以有效保护合金的蒸发和氧化，保证合金内部组织成分的均匀性。
(4)本发明的制备方法简便，工艺流程清晰，使用真空电弧熔炼炉和真空感应熔炼炉即可实现，重复率高，工业应用前景广泛。
附图说明
图1是本发明实施例1中Zr46Cu46Al8非晶基体合金、实施例2中(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5非晶复合材料和实施例3中(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8非晶复合材料的X射线衍射图谱。
图2是本发明实施例2中(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta8非晶复合材料和实施例3中(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8非晶复合材料的微观组织图。
图3是本发明实施例1中Zr46Cu46Al8非晶基体合金、实施例2中(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5非晶复合材料和实施例3中(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8非晶复合材料的室温压缩应力-应变曲线。
图4是本发明实施例4中Zr47.5Cu47.5Al5非晶基体合金和实施例5中(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5非晶复合材料的X射线衍射图谱。
图5是本发明实施例5中(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5非晶复合材料的微观组织图。
图6是本发明实施例4中Zr47.5Cu47.5Al5非晶基体合金和实施例5中(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5非晶复合材料的室温拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种混杂相增强锆基非晶复合材料，该复合材料组成表达式为(ZraCubAlc)dTae，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1，d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100。
本发明混杂相增强锆基非晶复合材料的基体是锆基非晶合金，混杂相为富Ta相、B2-CuZr相和B19'-CuZr相，其中富Ta相作为混杂相的核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相作为混杂相的壳。本发明提供的混杂相增强锆基非晶复合材料，相比基体合金，混杂相增强复合材料促进了B2-CuZr相的均匀分布，同时引入了富Ta相作为增强相，在不影响合金强度的同时，显著改善了合金塑性。
一些实施例中，优选地，混杂相增强锆基非晶复合材料组成表达式为(ZraCubAlc)dTae，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1，d、e为原子百分比，92≤d≤95，5≤e≤8，且d+e＝100。若合金中Ta含量过高，则合金会完全晶化；若合金中Ta含量过低，则Ta会全部固溶进入基体中，无富Ta相生成。
本发明还提供了一种混杂相增强锆基非晶复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
S1、按照原子分数(ZraCubAlc)dTae对原料Zr、Cu、Al、Ta块进行配料，其中a、b、c、d、e为原子百分比，0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08；92≤d＜100，0＜e≤8，且a+b+c＝1，d+e＝100。
一些实施例中，对原料Zr、Cu、Al、Ta块预先进行了机械打磨，去除氧化皮，保证各原料金属块的高纯度，具体地，所述Zr、Cu、Al、Ta原料的纯度均大于99.5％。
S2、使用真空电弧炉，对合金原料进行电弧熔炼获得Zr-Ta中间合金和Zr-Cu-Al-Ta母合金。具体的，将按原子百分比配置好的Zr块和Ta块放置在电弧熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽真空后通入惰性保护气体，充分熔炼原料，获得Zr-Ta中间合金。再将中间合金Zr-Ta和配置好的Cu块、Al块放置在水冷铜模中，对炉体抽真空后通入惰性保护气体，充分熔炼炉料，获得Zr-Cu-Al-Ta母合金。
一些实施例中，优选地，电弧熔炼时的真空度为3.0×10-3Pa～5.0×10-3Pa，惰性保护气体为纯度为99.999％的氩气，惰性保护气体的相对保护压力为-0.05MPa，制备Zr-Ta中间合金过程中的熔炼温度为3000℃～3500℃，制备Zr-Cu-Al-Ta母合金过程中的熔炼温度为1000℃～2000℃。每个合金块在电弧熔炼时熔炼多次，优选至少4次，每次熔炼时保持合金熔体状态3min，随后等待合金冷却后将其翻面再熔炼。
本发明根据各原料金属块和合金块的熔点及其他特性设计熔炼条件，Ta的熔点较高，如果和其他金属混合一起熔炼，很容易造成某些金属的气化，从而导致合金中元素组分的变化，因此先将Zr块和Ta块放置一起熔炼制得熔点降低的Zr-Ta中间合金，再和熔点较低的Cu块、Al块一起熔炼，可以有效防止熔炼过程中金属的蒸发。通入惰性保护气体可有效防止金属在熔炼过程中被氧化。由于铜模底部通冷却水，靠近铜模底面的熔体冷却速度比较快，通过反复翻面、熔炼，可以得到内部组织成分更加均匀的合金熔体。
S3、使用真空感应炉，对Zr-Cu-Al-Ta合金块进行感应熔炼喷铸获得混杂相增强锆基非晶复合材料。具体的，将Zr-Cu-Al-Ta母合金破碎处理获得Zr-Cu-Al-Ta合金块，选择大小合适的Zr-Cu-Al-Ta合金块置于底部开有小孔的石英管坩埚中，对真空感应炉抽真空后充入惰性保护气体，感应加热熔炼Zr-Cu-Al-Ta合金块，合金块充分熔化后向石英管坩埚中引入一定压力的惰性气体气流，将熔体喷入至一定尺寸的铜模中，获得混杂相增强锆基非晶复合材料。选择一定尺寸的铜模可以很好地控制合金熔体的冷却速率。
一些实施例中，优选地，感应熔炼时的真空度为3.0×10-3Pa～5.0×10-3Pa，惰性保护气体为纯度为99.999％的氩气，惰性保护气体的相对保护压力为-0.05MPa，制备Zr-Cu-Al-Ta合金块过程中的熔炼温度为700℃～900℃。
一些实施例中，石英管坩埚的底部小孔直径为0.8mm-1.0mm。如果石英管坩埚底部小孔的直径太大，熔炼后的熔体可能直接通过小孔掉落。
一些实施例中，合金块充分熔化后对熔体施加的惰性气体压力为0.02MPa～0.15MPa，使得熔体可以顺利喷入铜模中。
本发明基于的原理推测为：在Zr-Cu-Al非晶合金中微添加Ta元素，在合金凝固过程中，以优先析出并弥散分布的富Ta相作为形核基底，促使基体合金中B2-CuZr相均匀析出，同时富Ta相和基体间界面处的热影响区导致部分B2-CuZr相发生马氏体转变得到B19'-CuZr相，最终形成以富Ta相为核心、B2-CuZr相和B19'-CuZr相为壳的混杂相增强锆基非晶复合材料。在该复合材料中，引入的富Ta相可以作为异质形核的核心，促进基体中B2-CuZr相的多位点形核，细化B2-CuZr相的尺寸并促使其均匀分布；引入的富Ta相具有一定的强度和较好的塑性，混杂相的结构可以在维持基体合金总体强度的前提下，显著提高材料的塑性。
以下结合具体实施例，对上述技术方案详细说明。
实施例1
本实施例制备的是Zr46Cu46Al8基体合金，具体包括如下步骤：
(1)对合金原料进行机械打磨，去除氧化皮，将Zr46Cu46Al8基体合金的原子百分比换算成质量百分比，按照总质量约30g称量配置好相应的Zr块、Cu块和Al块。
(2)将配置好的Zr块、Cu块和Al块放到真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至3.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在1000℃～2000℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到Zr46Cu46Al8母合金。
(3)对Zr46Cu46Al8母合金进行破碎处理，选取合适大小的Zr46Cu46Al8合金块，放置于底部开有直径为1.0mm小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼炉抽取真空至3.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对Zr46Cu46Al8合金块进行感应熔炼，保持熔炼温度在700℃～900℃，充分熔化后向石英管坩埚中充入压力为0.02MPa的氩气气体，使得熔体喷入下方的铜模中，获得直径2mm、长度60mm的棒状Zr46Cu46Al8基体合金。
图1中显示了Zr46Cu46Al8基体合金的X射线衍射图，呈现出非晶漫散射峰。图3中显示了Zr46Cu46Al8基体合金的真实压缩应力应变曲线，断裂强度为1869MPa，塑性为2.3％。
实施例2
本实施例制备的是(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5复合材料，具体包括如下步骤：
(1)对合金原料进行机械打磨，去除氧化皮，将(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5合金的原子百分比换算成质量百分比，按照总质量约30g称量配置好相应的Zr块、Cu块、Al块和Ta块。
(2)将配置好的Zr块和Ta块放到真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至3.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在3000℃～3500℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到Zr-Ta中间合金；
将Zr-Ta中间合金和配置好的Cu块、Al块置于真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至3.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在1000℃～2000℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5母合金。
(3)对(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5母合金进行破碎处理，选取合适大小的(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5合金块，放置于底部开有直径为1.0mm小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼炉抽取真空至3.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5合金块进行感应熔炼，保持熔炼温度在700℃～900℃，充分熔化后向石英管坩埚中充入压力为0.04MPa的氩气气体，使得熔体喷入下方的铜模中，获得直径2mm、长度60mm的棒状(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5复合材料。
图1中显示了(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5复合材料的X射线衍射图，除了呈现出非晶的漫散射峰，还有B2-CuZr相和B19'-CuZr相的晶化峰。图2中显示了(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5复合材料的微观组织图，基体中呈现出以富Ta相为核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相为壳的混杂相复合结构，B2-CuZr相尺寸较小且均匀分布。图3中显示了(Zr0.46Cu0.46Al0.08)95Ta5复合材料的真实压缩应力应变曲线，断裂强度为2049MPa，塑性为8.1％。
实施例3
本实施例制备的是(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8复合材料，具体包括如下步骤：
(1)对合金原料进行机械打磨，去除氧化皮，将(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8合金的原子百分比换算成质量百分比，按照总质量约30g称量配置好相应的Zr块、Cu块、Al块和Ta块。
(2)将配置好的Zr块和Ta块放到真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至5.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在3000℃～3500℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到Zr-Ta中间合金；
将Zr-Ta中间合金和配置好的Cu块、Al块置于真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至5.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在1000℃～2000℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8母合金。
(3)对(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8母合金进行破碎处理，选取合适大小的(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8合金块，放置于底部开有直径为1.0mm小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼炉抽取真空至5.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8合金块进行感应熔炼，保持熔炼温度在700℃～900℃，充分熔化后向石英管坩埚中充入压力为0.04MPa的氩气气体，使得熔体喷入下方的铜模中，获得直径2mm、长度60mm的棒状(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8复合材料。
图1中显示了(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8复合材料的X射线衍射图，除了呈现出非晶的漫散射峰，还有B2-CuZr相和B19'-CuZr相的晶化峰。图2中显示了(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8复合材料的微观组织图，基体中呈现出以富Ta相为核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相为壳的混杂相复合结构，B2-CuZr相尺寸较小且均匀分布。图3中显示了(Zr0.46Cu0.46Al0.08)92Ta8复合材料的真实压缩应力应变曲线，断裂强度为1963MPa，塑性为7.7％。
实施例4
本实施例制备的是Zr47.5Cu47.5Al5基体合金，具体包括如下步骤：
(1)对合金原料进行机械打磨，去除氧化皮，将Zr47.5Cu47.5Al5基体合金的原子百分比换算成质量百分比，按照总质量约30g称量配置好相应的Zr块、Cu块和Al块。
(2)将配置好的Zr块、Cu块和Al块放到真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至4.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在1000℃～2000℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到Zr47.5Cu47.5Al5母合金。
(3)对Zr47.5Cu47.5Al5母合金进行破碎处理，选取合适大小的Zr47.5Cu47.5Al5合金块，放置于底部开有直径为1.0mm小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼炉抽取真空至4.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对Zr47.5Cu47.5Al5合金块进行感应熔炼，保持熔炼温度在700℃～900℃，充分熔化后向石英管坩埚中充入压力为0.15MPa的氩气气体，使得熔体喷入下方的铜模中，获得中间尺寸为1mm×2.5mm×8mm的工字状Zr47.5Cu47.5Al5基体合金样品。
图4中显示了Zr47.5Cu47.5Al5基体合金的X射线衍射图，呈现出非晶的漫散射峰。图6中显示了Zr47.5Cu47.5Al5基体合金的真实拉伸应力应变曲线，断裂强度为1848MPa，塑性为1.8％。
实施例5
本实施例制备的是(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5复合材料，具体包括如下步骤：
(1)对合金原料进行机械打磨，去除氧化皮，将(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5合金的原子百分比换算成质量百分比，按照总质量约30g称量配置好相应的Zr块、Cu块、Al块和Ta块。
(2)将配置好的Zr块和Ta块放到真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至4.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在3000℃～3500℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到Zr-Ta中间合金；
将Zr-Ta中间合金和配置好的Cu块、Al块置于真空熔炼炉的水冷铜模中，对炉体抽取真空至4.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对原料进行电弧熔炼，保持熔炼温度在1000℃～2000℃，充分熔炼3min后，停止熔炼，用翻样杆对合金锭翻面，重复熔炼共4次，得到(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5母合金。
(3)对(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5母合金进行破碎处理，选取合适大小的(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5合金块，放置于底部开有直径为1.0mm小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼炉抽取真空至4.0×10-3Pa，通入纯度为99.999％的氩气气体至相对压力到-0.05MPa，对(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5合金块进行感应熔炼，保持熔炼温度在700℃～900℃，充分熔化后向石英管坩埚中充入压力为0.15MPa的氩气气体，使得熔体喷入下方的铜模中，获得中间尺寸为1mm×2.5mm×8mm的工字状(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5复合材料样品。
图4中显示了(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5复合材料的X射线衍射图，除了呈现出非晶的漫散射峰，还有B2-CuZr相和B19'-CuZr相的晶化峰。图5显示了(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5复合材料的微观组织图，基体中呈现出以富Ta相为核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相为壳的混杂相复合结构，B2-CuZr相尺寸较小且均匀分布。图6中显示了(Zr0.475Cu0.475Al0.05)95Ta5复合材料的真实拉伸应力应变曲线，断裂强度为1718MPa，塑性为9.1％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混杂相增强锆基非晶复合材料，其特征在于：该复合材料组成表达式为(ZraCubAlc)dTae，其中0.46≤a＝b≤0.475，0.05≤c≤0.08，且a+b+c＝1；d、e为原子百分比，92≤d＜100，0＜e≤8，且d+e＝100；
所述复合材料的基体是锆基非晶合金，增强相为核壳结构的混杂相，其中富Ta相为所述混杂相的核心，B2-CuZr相和B19'-CuZr相为所述混杂相的壳。
2.根据权利要求1所述的混杂相增强锆基非晶复合材料，其特征在于：所述复合材料组成表达式中，92≤d≤95，5≤e≤8。
3.一种权利要求1-2任一所述的混杂相增强锆基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照所述复合材料组成准备Zr、Cu、Al和Ta原料；
S2、对原料中的Zr、Ta进行真空电弧熔炼得到Zr-Ta中间合金，再对Zr-Ta中间合金和原料中的Cu、Al进行真空电弧熔炼得到Zr-Cu-Al-Ta母合金；
S3、对步骤S2得到的Zr-Cu-Al-Ta母合金进行真空感应熔炼，喷铸得到混杂相增强锆基非晶复合材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述原料均经过机械打磨且去除氧化皮。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述真空电弧熔炼的具体操作为：将原料置于水冷铜模坩埚内，对电弧熔炼设备抽真空，在真空环境下充入惰性保护气体保压，然后对原料进行电弧熔炼，待熔炼后的合金熔体冷却后对其翻面，再继续进行电弧熔炼，如此重复熔炼多次后，冷却得到相应的合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述电弧熔炼时的真空度为3.0×10- 3Pa～5.0×10-3Pa，所述惰性保护气体为纯度为99.999％的氩气，所述惰性保护气体的相对保护压力为-0.05MPa。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：制备Zr-Ta中间合金过程中的熔炼温度为3000℃～3500℃，制备Zr-Cu-Al-Ta母合金过程中的熔炼温度为1000℃～2000℃。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述真空感应熔炼的具体操作为：将破碎后的Zr-Cu-Al-Ta母合金块置于底部开有小孔的石英管坩埚中，对感应熔炼设备抽真空，在真空环境下充入惰性保护气体保压，对合金块进行感应加热熔炼，合金块熔化后对熔体施加一定压力的惰性气体，使得熔体喷出进入底部的铜模中，得到混杂相增强锆基非晶复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述石英管坩埚底部小孔的直径为0.8mm-1mm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述合金块熔化后对熔体施加惰性气体压力为0.02MPa～0.15MPa。
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