Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，按照如下步驟完成：(1)、按比例稱好合金原料；(2)、在惰性氣體保護(hù)下，將上述混合物經(jīng)過反復(fù)熔煉得到母合金；(3)、通過銅模鑄造法，在高真空下制備出非晶合金棒；((4)、測量非晶合金棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫度Tx；(5)、退火，將上述非晶合金棒加熱，加熱溫度在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫度Tx之間，保溫5-10min，然后出爐空冷，得到產(chǎn)品。本發(fā)明通過銅模鑄造，制備出Cu基大塊非晶合金，然后通過退火處理可以使非晶合金納米晶化，得到非晶-納米晶合金復(fù)合材料，顯著提高了非晶合金的維氏硬度，改善非晶合金的塑性韌性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，可以作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行推廣應(yīng)用。
【專利說明】Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非晶合金的制備方法，特別涉及一種Cu基大塊非晶-納米晶合金 復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] Cu基大塊非晶合金是近年來開發(fā)出的新的非晶體系，這種非晶合金有較大的玻璃 形成能力和相對低的成本，它的拉伸斷裂強(qiáng)度比晶體的高得多，可達(dá)2000- 2400Mpa，同時 具有一定的塑性，與Zr基、Pd基大塊非晶合金相比，其強(qiáng)度也處于領(lǐng)先地位，可以作為超高 強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料。高的玻璃形成能力和優(yōu)異的力學(xué)性能，進(jìn)一步拓展了大塊非晶合金作為結(jié) 構(gòu)材料的應(yīng)用前景，但要作為結(jié)構(gòu)材料它的塑性還達(dá)不到要求，還需要提高Cu基大塊非晶 合金的塑性，畢竟現(xiàn)在制備的Cu基大塊非晶合金材料的塑性遠(yuǎn)比鋼鐵材料要差得多，塑性 韌性低制約了 Cu基大塊非晶合金作為超強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，因此，提高非晶材料的塑性韌 性是材料界目前急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)度和塑性、韌性均很好的Cu基大 塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合 材料的制備方法，其特征在于：按照如下步驟完成：
[0005] (1)、備料，先將合金原子百分比轉(zhuǎn)換成重量百分比，按比例稱好合金原料；
[0006] (2)、制備母合金，在惰性氣體保護(hù)下，將上述混合物原料經(jīng)過反復(fù)熔煉得到母合 金；
[0007] (3)、通過銅模鑄造法，在高真空下制備出非晶合金棒；
[0008] (4)、測量非晶合金棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫度Tx ;
[0009] (5)、退火，將上述非晶合金棒加熱，加熱溫度在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫 度Tx之間，保溫5-10min，然后出爐空冷，得到非晶-納米晶合金復(fù)合材料產(chǎn)品。
[0010] 在上述技術(shù)方案中：所述合金原子為Cu、Zr、Ti、Ni,原子個數(shù)比為Cu :Zr :Ti :Ni =50:25:15:10。
[0011] 在上述技術(shù)方案中：退火溫度為高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 5°C左右。硬度提高最明 顯。
[0012] 在上述技術(shù)方案中：步驟（2)中，將上述混合物經(jīng)過反復(fù)4次熔煉得到合金錠。
[0013] 在上述技術(shù)方案中：采用差示掃描熱分析儀檢測非晶合金棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg和結(jié)晶開始溫度Tx，升溫速度為0. 67K/s。
[0014] 退火前，采用差示掃描熱分析儀檢測非晶合金棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開 始溫度Tx分別為：703. 66Κ和774. 64Κ，Λ Tx為70. 98Κ，該合金棒具有較大的過冷液體溫 度區(qū)間，合金表現(xiàn)出比較強(qiáng)的非晶形成能力，較高的玻璃形成能力。在退火之前測量合金的 維氏硬度平均值為565. 9,已經(jīng)具有非常高的硬度。因?yàn)榇藭r，非晶合金的原子排列是無序 結(jié)構(gòu)，具有固定的形狀和很大的剛硬性，因此硬度很高。
[0015] 退火后測量維氏硬度超過700,硬度大大提高。尤其是當(dāng)退火溫度高于為玻璃化轉(zhuǎn) 變溫度Tg 5°C左右時，硬度升高最多。退火溫度對組織性能的影響不大，但是退火后，非晶 Cu50Zr22Til8Nil0合金析出了納米晶，增加了晶界面積，有彌散強(qiáng)化作用，使非晶合金的塑 性變形抗力增加，通過退火前和退火后的斷裂形貌掃描電鏡對比可以看出，退火前非晶合 金斷口呈河流狀花樣，表明為脆性斷裂。退火后的斷口呈韌窩狀、纖維狀，表明是韌性斷裂。 說明退火后改善了非晶合金的塑性韌性。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過銅模鑄造，制備出Cu基大塊非晶合金，然后通 過退火處理可以使非晶合金納米晶化，顯著提高了非晶合金的維氏硬度，改善非晶合金的 塑性韌性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，可以作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0017] 圖1為退火前鑄造 Cu基合金棒Cu5tlZr25Ti15Niltl的X射線衍射譜線；
[0018] 圖2為退火后Cu基合金棒Cu5tlZr25Ti 15Niltl的X射線衍射譜線；
[0019] 圖3為退火前鑄造 Cu基合金棒Cu5tlZr25Ti15Niltl的斷裂形貌掃描電鏡圖片；
[0020] 圖4為退火后鑄造 Cu基合金棒Cu5tlZr25Ti15Niltl的斷裂形貌掃描電鏡圖片。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：
[0022] 實(shí)施例1
[0023] -種Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，按照如下步驟完成：
[0024] (1)、備料，先將合金原子百分比轉(zhuǎn)換成重量百分比，按比例稱好Cu、Zr、Ti、Ni ; Cu、Zr、Ti、Ni的原子比為50:25:15:10,金屬純度超過99.9%。
[0025] (2)、制備母合金，在惰性氣體氬氣的保護(hù)下，將上述混合物在銅模坩堝中經(jīng)過反 復(fù)4次熔煉使其均勻化，得到母合金。
[0026] (3)、通過銅模鑄造法，在高真空條件下（壓力在I X KT3到I X KT6毫米汞柱范圍 內(nèi)的真空）制備出直徑為2-5mm的非晶合金棒，對其維氏硬度進(jìn)行測量得到表1
[0027] 表I Cu50Zr25Til5Nil0非晶合金顯微硬度值
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：按照如下步驟 完成： (1) 、備料，先將合金原子百分比轉(zhuǎn)換成重量百分比，按比例稱好合金原料； (2) 、制備母合金，在惰性氣體保護(hù)下，將上述混合物原料經(jīng)過反復(fù)熔煉得到母合金； (3) 、通過銅模鑄造法，在高真空下制備出非晶合金棒； (4) 、測量非晶合金棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫度Tx ; (5) 、退火，將上述非晶合金棒加熱，加熱溫度在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫度Τχ 之間，保溫5-10min，然后出爐空冷，得到非晶-納米晶合金復(fù)合材料產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于：所述合金原子為（：11、21'、11、附，原子個數(shù)比為（：11 :21':11:附=50:25:15 :10。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于：退火溫度為高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 5°C左右。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于：步驟（2)中，將上述混合物經(jīng)過反復(fù)4次熔煉得到合金錠。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述Cu基大塊非晶-納米晶合金復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于：采用差示掃描熱分析儀檢測非晶合金棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶開始溫度 Tx，升溫速度為0. 67K/s。
【文檔編號】C22C45/00GK104294064SQ201410462116
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】曹鵬軍, 董季玲, 仵海東, 范培耕, 馬毅龍, 孫建春, 周安若 申請人:重慶科技學(xué)院