本发明涉及一种相变增韧zrcu基非晶
复合材料及其制备方法，属于非晶复合材料制备技术领域。
背景技术：
大块金属玻璃（bmg）由于具有大弹性极限、高强度和抗腐蚀性，成为结构、功能应用材料的理想选择，但是由于金属玻璃的塑性变形是通过高度局域剪切变形来实现，断裂前能够开动的剪切带数量十分有限，bmg在室温下会发生无宏观塑性变形的灾难性脆性段裂，如zrcu基非晶合金的塑性大约在0.5-0.7%之间。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，目前有两种改善非金合金塑性的方法，一是在块状非晶合金中复合第二相来提高其塑性，另一种是通过添加元素从而产生内生相获得非晶复合材料，并取得了一些进展。现有技术也有通过向块体玻璃合金中引入zrc，wc，sic,w丝等第二相颗粒，从而使非晶合金复合材料的塑性有所改善，但是其强度没有大的变化。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：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，通过在zrcu基块状非晶合金中添加co元素，在快速凝固过程中zrcu基非晶合金中可以产生b2（cscl结构）cuzr相和cozr相，进而可以抑制玻璃基体中剪切带快速传播并促进多重剪切带增值的纳米-微米级，具有内生b2cuzr相和cozr相的zrcu基合金展现出优异的压缩塑性、高强度和良好的加工硬化能力。
本发明的目的在于提供一种相变增韧zrcu基非晶复合材料，该复合材料的原子比为zr50cu50-xcox，x的取值范围为为10~30。
本发明的另一目的在于提供所述相变增韧zrcu基非晶复合材料的制备方法，具体为：按照zr50cu50-xcox进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，待合金锭冷却后，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，通过铜模吸铸成棒状zr50cu50-xcox非晶复合材料。
本发明所用各成分金属原料的纯度大于99.99%。
优选的，本发明所述熔炼过程中将电弧炉抽至真空度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：本发明通过在zrcu非晶合金中添加适量的co元素，从而在室温下获得稳定的b2cuzr相和cozr相，而在发生形变时有b19’cuzr相和b33cozr相的生成，从而将“相变诱导塑性”(trip)效应引入非晶复合材料中，可以有效地补偿非晶zrcu基基体的应变软化。这两种相转变为克服非晶合金室温脆性和应变软化提供了新的思路，进而获得大的拉伸塑性和加工硬化能力，极大地提升了非晶合金潜在的结构应用。
本发明的有益效果：本发明利用快速凝固方法制得的zr50cu50-xcox非晶复合材料，该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，在室温变形过程中不仅具有良好的塑性，且表现出了微观的加工硬化能力。
附图说明
图1为zr50cu25co25非晶复合材料的光镜图（om）；
图2为zr50cu25co25非晶复合材料变形前后的xrd衍射图；
图3为zr50cu25co25非晶复合材料的室温力学压缩应力应变曲线图；
图4为zr50cu25co25非晶复合材料压缩断面扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例所述相变增韧zrcu基非晶复合材料的制备方法，具体为：按照zr50cu50-xcox进行配料，将各成分金属放置于干净的水冷坩埚中，电弧炉抽至真空度5*10-5pa，然后再充纯度为99.9999%的ar气至一个大气压；开启电弧炉加热至所配制的合金熔点以上，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，至少重复4次以保证合金混合均匀得到母合金；将母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状zr50cu50-xcox非晶复合材料的长为70mm，直径为2mm。
原材料的选用：
表1制备母合金锭选用金属组元的纯度（%）
表2不同原子比对应材料的性能
通过实施例1~7可以看出随着co含量的增多，zrcuco合金在形变前先增大，当co含量达到25at%时达到最高，接着硬度又慢慢减小，这是由于当co含量达到25at%时所生成的b2(cu/co)zr相含量最高。当发生形变后，产生加工硬化后其强度都有增加。抗压强度和压缩率都有增加，因为在zrcuco合金中，生成的b2zrcu相转变为b19‘相，而生成的b2zrco相转变为b33相，发生了“形变诱导相变”然后“相变引起塑性”。
下面以zr50cu25co25非晶复合材料为例结合微观结构图进行分析说明：
图1为zr50cu25co25非晶复合材料的光镜图（om）,由图可以很明显看出晶体相镶嵌在非晶相中。
图2为zr50cu25co25非晶复合材料的xrd衍射图,由图可以看出在未发生形变前主要相为b2cuzr相和cozr相，而形变后有b19’cuzr相和b33cozr相产生，这就说明了在形变过程中发生了形变诱导相变的产生：b2cuzr相转变为b19’cuzr相；b2cozr相转变为b33cozr相。
图3为zr50cu25co25非晶复合材料的室温力学压缩应力应变曲线图，由图可以看出该合金的压缩强度为2.3gpa，压缩率为18.3%，明显高于非晶合金，这是因为在发生压缩形变过程中发生了形变引起相变，进而相变诱导塑性提高。而强度提高是由于晶体相在发生形变过程中产生加工硬化现象。
图4为zr50cu25co25非晶复合材料压缩断面扫描图，由图中可以看出在zr50cu25co25试样的压缩断面有三种形貌，脉络状区域、熔滴状区域和平滑区域。非晶合金断裂时出现的脉络状花样和熔滴状结构特征可以用“自由体积+绝热升温”模型来解释。室温压缩的过程是剪切带内自由体积不断增加的过程，当材料发生瞬间断裂，合金内存储的弹性应变应变能在绝热的环境中得以释放，大量的热无法及时散发，在极短时间内带动整个剪切带内的温度迅速升高，温度的升高引起了合金粘度的降低，并在断口表面留下脉络状花样和熔滴状结构的粘流变特征；平滑区域是晶体相发生断裂的特征，而这些晶体相应该为b19’cuzr相和b33cozr相。
技术特征：
技术总结
本发明公开一种相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法，该复合材料的原子比为Zr50Cu50?xCox，x为10~30；其制备方法为按照Zr50Cu50?xCox进行配料，将各成分金属放置于电弧熔炼炉中进行熔炼，待合金锭冷却后，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Zr50Cu50?xCox非晶复合材料。该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，在室温变形过程中不仅具有良好的塑性，且表现出了微观的加工硬化能力。
技术研发人员：谭军;邓攀;张帆;高俊妍;李栋
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2018.08.28
技术公布日：2019.01.01
声明：
“相变增韧ZrCu基非晶复合材料及其制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：昆明理工大学
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2024年11月27日 ~ 29日 
