一种相变增韧非晶复合材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及非晶复合材料，具体而言，涉及一种相变增韧非晶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、非晶合金因其具有“长程无序、短程有序”的独特的微观原子排列特征，相比晶态合金具有优异的性能，例如高强度、高硬度、良好的耐磨以及良好的耐蚀性能，在航空、航天领域、it电子、机械以及化工等行业中具有广泛的应用前景。

2、但是，由于非晶合金缺乏常规晶体材料的位错变形机制，使得非晶合金具有室温脆性和应变软化等瓶颈难题，极大程度地限制了非晶合金的应用。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种大尺寸相变增韧非晶复合材料及其制备方法和应用，其旨在改善现有的非晶复合材料的临界形成尺寸较小，初生相极易联结长大且空间分布不均匀的技术问题。

2、第一方面，本申请提供一种相变增韧非晶复合材料，相变增韧非晶复合材料的原子百分比表达通式为(cuamd)(zrbne)alc；原子百分比表达通式中，m选自ag、pt、pd、co、ni、fe、au、si以及sn中的至少一种，n选自ti、hf、nb、ta、y、sc以及ga中的至少一种，35≤a≤60，35≤b≤60，1≤c≤10，0.01≤d≤10，0.01≤e≤10，且a+d＝b+e，a+b+c+d+e＝100。

3、在本申请提供的相变增韧非晶复合材料的原子百分比表达通式中，cu和zr可以形成奥氏体型b2-cuzr相，使得非晶复合材料能够以b2-cuzr相为原位初生晶体相，有利于使得制备形成的非晶复合材料兼具一定的压缩塑性和加工硬化能力。

4、m元素、n元素以及al元素能够有效降低b2相的形核率和长大速度，使得亚稳初生晶体相(b2相)在制备过程中的凝固步骤中不易发生联结长大的现象，使得b2相在非晶基体中形成细小、弥散化的组织形貌，进而使得非晶复合材料中的晶体相空间分布更加均匀(即组织分布更加均匀)，有利于进一步提高非晶复合材料的力学性能；m元素、n元素以及al元素也可提高合金材料的非晶形成能力，使得非晶复合材料的临界形成尺寸提高，有利于制备形成直径尺寸更大(达到厘米级尺寸)的圆柱状相变增韧非晶复合材料，极大程度地扩大了非晶复合材料的应用范围。

5、在本申请第一方面的一些实施例中，原子百分比表达通式中，40≤a≤45，40≤b≤45，2≤c≤6，6≤d≤8，1≤e≤8。

6、上述条件下，有利于进一步提高相变增韧非晶复合材料的压缩塑性、加工硬化能力以及临界形成尺寸，极大程度地扩大了非晶复合材料的应用范围。

7、在本申请第一方面的一些实施例中，相变增韧非晶复合材料的原子百分比表达式为(zr42ti5hf1)(cu40.75ag5co0.5ni1sn0.75)al4、(zr44ti2hf0.5)(cu42.75ag5co0.5ni0.5sn0.75)al4、(zr41.5ti5hf1nb0.5)(cu40.75ag5co0.5ni1sn0.75)al4或(zr42ti5hf0.5nb0.5)(cu41.5ag5co0.5ni0.5sn0.5)al4。

8、上述相变增韧非晶复合材料具有良好的压缩塑性以及加工硬化能力，也具有较大的临界形成尺寸，极大程度地扩大了非晶复合材料的应用范围。

9、在本申请第一方面的一些实施例中，相变增韧非晶复合材料为圆柱状，相变增韧非晶复合材料的直径≥10mm。

10、在本申请第一方面的一些实施例中，相变增韧非晶复合材料的压缩率为4-9％。

11、第二方面，本申请提供一种如上述第一方面提供的相变增韧非晶复合材料的制备方法，包括：惰性气氛下，按照原子百分比表达通式将原料熔化混合后注入模具，然后冷却。

12、按照本申请提供的原子百分比表达通式，采用上述方法制备相变增韧非晶复合材料，可以使得制备形成的相变增韧非晶复合材料在保持一定的压缩塑性和加工硬化能力情况下，有利于形成直径尺寸达到厘米级尺寸的柱状材料，扩大了非晶复合材料的应用范围。

13、在本申请第二方面的一些实施例中，模具的温度为10-25℃。

14、模具的温度为10-25℃，有利于将熔化态的原料混合物快速凝固，并在凝固过程中形成非晶相和b2-cuzr晶体相，有利于进一步提高相变增韧非晶复合材料的压缩塑性和加工硬化能力，也有利于提高非晶复合材料的临界形成尺寸，使得制备形成的非晶复合材料的尺寸较大，极大程度地扩大了非晶复合材料的应用范围。

15、可选地，模具为铜模。

16、铜模导热性好，有利于进一步实现将熔化态的原料混合物快速凝固，并在凝固过程中形成非晶相和b2-cuzr晶体相，有利于提高非晶复合材料的临界形成尺寸，使得制备形成的非晶复合材料的尺寸较大，极大程度地扩大了非晶复合材料的应用范围。

17、在本申请第二方面的一些实施例中，熔化混合的步骤包括：真空条件以及惰性气氛下，将原料熔炼制备母合金锭；然后在0.01-0.05mpa的惰性气氛下，使用≥240a的电流将母合金锭电弧熔炼并保温5-20s。

18、上述条件下，可以使得原料充分熔化混合均匀，有利于进一步提高相变增韧非晶复合材料的压缩塑性、加工硬化能力以及临界形成尺寸，改善b2相弥散化程度。

19、在本申请第二方面的一些实施例中，制备母合金锭的步骤包括：将原料按照熔点由高至低的顺序依次熔炼。

20、将原料按照熔点由高至低的顺序依次熔炼，可以避免熔点低的原料先熔后包裹于熔点高的原料表面而导致熔点高的原料熔化不充分，有利于提高原料之间混合的均匀性，进而有利于进一步提高制得的相变增韧非晶复合材料的压缩塑性、加工硬化能力以及临界形成尺寸，改善b2相弥散化程度。

21、可选地，制备母合金锭的熔炼电流≥240a。

22、可选地，制备母合金锭的真空度为5×10-3-5×10-4pa。

23、第三方面，本申请提供一种上述第一方面提供的相变增韧非晶复合材料在用于制备谐波减速器齿轮、3c电子结构件、穿甲头或穿甲板中的应用。

技术特征：

1.一种相变增韧非晶复合材料，其特征在于，所述相变增韧非晶复合材料的原子百分比表达通式为(cuamd)(zrbne)alc；所述原子百分比表达通式中，m选自ag、pt、pd、co、ni、fe、au、si以及sn中的至少一种，n选自ti、hf、nb、ta、y、sc以及ga中的至少一种，35≤a≤60，35≤b≤60，1≤c≤10，0.01≤d≤10，0.01≤e≤10，且a+d＝b+e，a+b+c+d+e＝100。

2.根据权利要求1所述的相变增韧非晶复合材料，其特征在于，所述原子百分比表达通式中，40≤a≤45，40≤b≤45，2≤c≤6，6≤d≤8，1≤e≤8。

3.根据权利要求2所述的相变增韧非晶复合材料，其特征在于，所述相变增韧非晶复合材料的原子百分比表达式为(zr42ti5hf1)(cu40.75ag5co0.5ni1sn0.75)al4、(zr44ti2hf0.5)(cu42.75ag5co0.5ni0.5sn0.75)al4、(zr41.5ti5hf1nb0.5)(cu40.75ag5co0.5ni1sn0.75)al4或(zr42ti5hf0.5nb0.5)(cu41.5ag5co0.5ni0.5sn0.5)al4。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的相变增韧非晶复合材料，其特征在于，所述相变增韧非晶复合材料为柱状，所述相变增韧非晶复合材料的直径≥10mm，且b2相弥散均匀析出。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的相变增韧非晶复合材料，其特征在于，所述相变增韧非晶复合材料的压缩率为4-9％。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的相变增韧非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：惰性气氛下，按照所述原子百分比表达通式将原料熔化混合后注入模具，然后冷却。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述模具的温度为10-25℃；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔化混合的步骤包括：真空条件以及惰性气氛下，将所述原料熔炼制备母合金锭；然后在0.01-0.05mpa的惰性气氛下，使用≥240a的电流将所述母合金锭电弧熔炼并保温5-20s。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，制备所述母合金锭的步骤包括：将所述原料按照熔点由高至低的顺序依次熔炼；

10.一种如权利要求1-5中任一项所述的相变增韧非晶复合材料在用于制备谐波减速器齿轮、3c电子结构件、穿甲头或穿甲板中的应用。

技术总结
本申请涉及非晶复合材料技术领域，具体而言，涉及一种相变增韧非晶复合材料及其制备方法和应用。相变增韧非晶复合材料的原子百分比表达通式为(Cu<subgt;a</subgt;M<subgt;d</subgt;)(Zr<subgt;b</subgt;N<subgt;e</subgt;)Al<subgt;c</subgt;；原子百分比表达通式中，M选自Ag、Pt、Pd、Co、Ni、Fe、Au、Si以及Sn中的至少一种，N选自Ti、Hf、Nb、Ta、Y、Sc以及Ga中的至少一种，35≤a≤60，35≤b≤60，1≤c≤10，0.01≤d≤10，0.01≤e≤10，且a+d＝b+e，a+b+c+d+e＝100。本申请提供的相变增韧非晶复合材料在保持较高的压缩塑性和加工硬化能力基础上，可形成直径尺寸达到厘米级尺寸的柱状材料，扩大了非晶复合材料的应用范围。

技术研发人员：马东,杨铭,黄燕,董杰,张艺波,吕志超,赵金奎
受保护的技术使用者：松山湖材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12