一種大塑性非晶基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非晶基復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種大塑性非晶基復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶合金(又稱金屬玻璃)是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型金屬材料，因其具有長程無序、短程有序的原子結(jié)構(gòu)而擁有一系列明顯優(yōu)于晶態(tài)材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能。在軍事、航空航天、能源、體育用品等領(lǐng)域呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]然而，宏尺度非晶合金在室溫條件下呈現(xiàn)脆性斷裂特征，這極大制約了其作為工程材料的實際應(yīng)用。研究表明，開發(fā)非晶基復(fù)合材料是解決塊體非晶合金室溫脆性，實現(xiàn)其工程應(yīng)用的一種關(guān)鍵途徑。通過復(fù)合材料的制備，已在多個非晶合金體系中獲得拉伸塑性。目前，制備非晶基復(fù)合材料的兩種重要方法分別是內(nèi)生和外添增韌第二相。內(nèi)生法增韌主要通過合金成分設(shè)計，在凝固過程中析出第二相。雖然析出相和非晶相之間的界面結(jié)合較好，但該方法由于受到玻璃形成能力限制，所制備的復(fù)合材料尺寸有限。現(xiàn)有的外添第二相增韌法能夠有效控制第二相的體積比，但制備過程復(fù)雜，第二相分布不連續(xù)且不均勻，以致外添第二相增韌法制備的非晶基復(fù)合材料尚不具有拉伸塑性。
[0004]由于非晶合金在過冷液態(tài)區(qū)具有超塑性，近年來人們開始采用熱塑性成形非晶合金和第二相的方法，制備非晶基復(fù)合材料。例如專利文獻CN102191401A公開了一種非晶增強銅基復(fù)合材料的制備方法，其中采用Cu基母合金坯料，芯部非晶合金的體積份數(shù)為20% -80%，在過冷液相區(qū)間，擠壓比為3-10，擠壓速率為0.1-0.3mm/s的條件下擠壓板材或棒材。與傳統(tǒng)方法相比，熱塑性成形法制備非晶基復(fù)合材料不受成形尺寸限制，成形溫度低，且可與低熔點金屬、聚合物、有機材料等復(fù)合，擴大了增韌第二相的范圍。但僅有的研究表明，采用該方法制備非晶基復(fù)合材料時，非晶相與第二相的界面不能實現(xiàn)冶金結(jié)合，并認(rèn)為主要是由于兩相界面間存在氧化或微間隙等缺陷所致。此外，高的成形溫度和快的成形速率還可能會引起非晶相發(fā)生晶化。如何實現(xiàn)兩相界面冶金結(jié)合、避免成形過程中發(fā)生晶化，已成為熱塑性成形非晶基復(fù)合材料中迫切需要解決的關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種非晶基復(fù)合材料的制備方法，其通過采用電脈沖快速升溫一超聲振動熱塑性成形耦合法，將非晶合金壓入作為增塑第二相的具有多孔結(jié)構(gòu)的塑性金屬薄板中，從而制備出具有高強度大塑性的非晶基復(fù)合材料，其中非晶相與第二相的界面冶金結(jié)合良好，而且成形過程中不會發(fā)生晶化。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種非晶基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括:
[0007]將片狀非晶合金與增韌第二相材料交替層疊后置于夾具中，其中所述增韌第二相為板狀且上下表面開有陣列通孔的結(jié)構(gòu)；
[0008]在恒壓或漸增載荷的條件下，對層疊的非晶合金及多孔板加熱，同時對其實施超聲振動，非晶合金迅速軟化并被壓入第二相增韌板的孔中，使得非晶相合金與增韌第二相的界面冶金良好結(jié)合，而且成形過程中不會發(fā)生晶化，從而獲得塑形良好的塑形非晶合金復(fù)合材料。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述片狀非晶合金與板狀增韌第二相的疊加層數(shù)可以是多層，且最外層可以是非晶合金層或增韌第二相層。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，超聲振動的振動頻率范圍可以為LOXlO4Hz?112Hz0
[0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述載荷施加可以是恒定載荷，也可以是以一定應(yīng)變率逐漸增加的方式加載。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述的非晶合金為Pd、Pt、Au、Zr、T1、Fe、Cu、N1、Al、
Mg或Ce基等具備熱塑性成形能力的非晶態(tài)合金。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，可通過調(diào)節(jié)所述增韌第二相板材的孔的形狀、尺寸及分布實現(xiàn)對復(fù)合材料的塑性調(diào)控。
[0014]按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種利用上述方法制備的非晶基復(fù)合材料。
[0015]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0016](I)在本發(fā)明中，采用電脈沖快速升溫一超聲振動熱塑性成形耦合法，既可以快速升溫，避免非晶合金長時間受熱而發(fā)生氧化與晶化，又可以通過超聲振動去掉非晶表面殘留氧化物及雜質(zhì)，促進原子擴散，利于非晶合金與第二相界面的冶金結(jié)合；
[0017](2)本發(fā)明采用超聲振動塑性成形技術(shù)，過冷液態(tài)非晶合金的細化流動單元體積，改善流動單元的空間均勻性分布，從而增加材料流動，有利于提高非晶合金在多孔金屬板中的成形能力、縮短成形時間；
[0018](3)本發(fā)明通過非晶合金壓入具有多孔結(jié)構(gòu)的塑性金屬薄板(即增塑第二相)中，通過調(diào)整金屬薄板孔的大小、尺寸及分布，從而獲得大塑性非晶合金復(fù)合材料。
【附圖說明】
[0019]圖1 (a)為按照本發(fā)明一個實施例選擇的非晶合金的XRD圖；
[0020]圖1 (b)圖1 (a)中的非晶合金的DSC圖；
[0021]圖2為按照本發(fā)明一個實施例的電脈沖快速升溫-超聲振動熱塑性成形工藝示意圖；
[0022]圖3(a)為圖2中的非晶合金-增韌第二相_非晶合金層疊布置示意圖；
[0023]圖3(b)為圖2中的增韌第二相多孔金屬板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為按照本發(fā)明一個實施例的方法成形后非晶基復(fù)合材料截面示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本實例是提供應(yīng)用電脈沖快速升溫一超聲振動熱塑性成形耦合法，將非晶合金壓入具有多孔結(jié)構(gòu)的塑性金屬薄板中，制備多層非晶合金復(fù)合材料的一種新型方法，具體步驟如下:
[0027](1)非晶合金選擇及制備
[0028]作為一個優(yōu)選方案，本實施例中選擇的合金體系為Zr35Ti3()Be26.75Cus.25，但本發(fā)明中并不限于上述合金，可以是其他任意適于作為非晶合金基的合金體系。
[0029]本實施例中，2?113(^26.75(:118.25具體參數(shù)為1\?305°(:，1\?464°(:，ΔΤ= 159°C。最大鑄造直徑15mm，泊松比0.37，KIC= 85MPa m 1/2，屈服應(yīng)力1.43GPa。
[0030]根據(jù)所選非晶合金體系，將金屬原料按原子比進行配比，熔煉均勻后，通過銅模吸鑄法得到塊體非晶，其XRD、DSC分析如圖1 (a)和圖1 (b)。
[0031](2)增韌第二相選擇及加工
[0032]增韌第二相的選擇優(yōu)選與非晶合金具有良好界面冶金結(jié)合性能的材料，本實施例中，作為優(yōu)選，可以選用銅