CN102191401A - 非晶增强铜基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种非晶增强铜基复合材料的制备方法,包括Cu40Zr44Ag8Al8基母合金坯料的制备,其特征是将母合金坯料粉碎,在真空条件下,采用快速感应熔化吹铸成直径为1-3mm的棒料,表面抛光处理,作为芯部材料与铜合金复合,芯部非晶合金的体积份数为20%-80%,在过冷液相区间,挤压比为3-10,挤压速率为0.1-0.3㎜/s的条件下挤压板材或棒材。本发明实现了强度和塑性的有效结合,提高了复合材料的综合性能;利用大块非晶合金的热塑性成形,该复合材料的形状不受限制,可以制备出各种型材,生产工艺灵活;同时,可以应用到其它类似合金体系,具有广阔的工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域,涉及的是一种复合材料的制备方法。
背景技术
由于非晶合金具有短程有序而长程无序的结构,不存在影响合金性能的晶界、位错、堆垛层错等缺陷,具有优异的力学性能,耐蚀、耐磨性能以及优良的软磁性、超导性等特点,成为目前国际材料界研究的热点领域之一。然而,除了最近开发的少数非晶合金显示出宏观塑性以外,绝大部分非晶合金在服役过程表现为高度局域化,导致非晶合金缺乏明显的塑性变形。这些高度局域化的剪切带在形成过程中,由于应***化和热软化,使得剪切带的形核与扩展同时发生,随后的变形几乎全部集中在该剪切带中,造成裂纹迅速扩展而发生突然断裂,表现为典型的脆性断裂。因此,非晶合金的应用遇到很大的瓶颈。
最近,非晶合金的热塑性成形得到了广泛的研究。当非晶合金被加热至过冷液相区间(Supercooled Liquid Region, SLR),合金呈现出一种独特的流变性能,即急剧的软化行为。非晶合金的热塑性成形正是充分利用了非晶合金在SLR的软化行为和热稳定性的优点。如果非晶合金在SLR中具有很高的热稳定性,初始晶化时间足够长,并且能够满足实际加工时间的范围,此时,具有很低粘度的非晶合金就能够像塑料一样进行成形。目前,基于非晶合金热塑性成形的加工技术已有了一定的发展,如压缩成形、微加工成形、纳米成形、挤压成形、轧制成形和吹模成形等。
发明内容
本发明的目的是设计一种新型复合材料,使其拥有非晶合金的高强度和晶体合金的良好塑性,实现强度和塑性的有效结合。
本发明是通过以下技术方案实现的。
(1)Cu40Zr44Ag8Al8大块非晶合金的制备:将纯Cu、Zr、Ag和Al金属利用真空电弧炉熔化制备成Cu40Zr44Ag8Al8基母合金坯料;再将母合金坯料粉碎,在真空条件下,采用快速感应熔化吹铸成直径为1-3mm的棒料。
(2)大块非晶合金的表面抛光处理。
(3)把大块非晶合金作为芯部材料与铜合金复合,芯部非晶合金的体积份数为20%-80%,在过冷液相区间,挤压比为3-10,挤压速率为0.1-0.3㎜/s的条件下挤压成形,制备出不同形状的板材和棒材。
所述的表面抛光处理为机械抛光或者化学抛光处理。
本发明具有显著的优点,实现了强度和塑性的有效结合,提高了复合材料的综合性能。利用大块非晶合金的热塑性成形,该复合材料的形状不受限制,可以制备出各种型材,如棒材、板材或者线材,生产工艺非常灵活;同时,外层晶体合金与芯部非晶组元也可以变更,应用到其它类似合金体系,如铝合金/铝基非晶、镁合金/镁基非晶等,材料选择多样化。因此,该复合材料的研制具有广阔的工业化应用前景。
在棒材直径为3mm,大块非晶体积份数为20%条件下,该复合材料的抗拉强度560MPa,屈服强度475MPa,延伸率3.3%;大块非晶体积份数为75%条件下,该复合材料的抗拉强度1409MPa,屈服强度1220MPa,延伸率3.4%。
附图说明
图1为本发明726K挤压温度条件下获得的新型非晶增强铜基复合棒材。
图2为本发明703K挤压温度条件下获得的新型非晶增强铜基复合棒材的横截面照片。
图3为本发明Cu/ Cu40Zr44Ag8Al8复合材料的界面EDX能谱成分分析。结果表明界面处存在1.64μm 厚度的界面层。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1:(挤压棒材1)
Cu40Zr44Ag8Al8大块非晶合金的制备:
将纯Cu、Zr、Ag和Al金属利用真空电弧炉熔化制备成Cu40Zr44Ag8Al8基母合金纽扣坯料;表面机械抛光处理,再将母合金粉碎,在真空条件下,采用快速感应熔化吹铸成直径为3mm的Cu40Zr44Ag8Al8非晶合金棒料。
新型非晶增强铜基复合材料(挤压棒材)的制备:
用制备好的外径为7㎜、内径为3㎜的中空铜合金管和上述Cu40Zr44Ag8Al8非晶合金棒料,按挤压比5.4,置于棒材挤压模具内,在挤压温度为703k,挤压速率为0.1㎜/s的挤压工艺条件下进行挤压成形。最终得到所需的直径为3㎜的Cu40Zr44Ag8Al8基非晶增强铜基复合棒材。
实施例2:(挤压棒材2)
Cu40Zr44Ag8Al8大块非晶合金的制备如实施例1所述。
新型非晶增强铜基复合材料(挤压棒材)的制备:
用制备好的外径为7㎜,内径为3㎜的中空铜合金管和上述Cu40Zr44Ag8Al8非晶合金棒料,按挤压比5.4,置于棒材挤压模具内,在挤压温度为726k,挤压速率为0.3㎜/s的挤压工艺条件下进行挤压成形。最终得到所需的直径为3㎜的Cu40Zr44Ag8Al8基非晶增强铜基复合棒材。
实施例3:(挤压板材)
Cu40Zr44Ag8Al8大块非晶合金的制备如实施例1所述。
新型非晶增强铜基复合材料(挤压板材)的制备:
用制备好的外径为9㎜,内径为3㎜的中空铜合金管和上述Cu40Zr44Ag8Al8非晶合金棒料,按挤压比8.1,置于板材挤压模具内,在挤压温度为703k,挤压速率为0.3㎜/s的挤压工艺条件下进行挤压成形,最终得到厚2㎜,宽5㎜的Cu40Zr44Ag8Al8基非晶增强铜基复合板材。
Claims (1)
1. 一种非晶增强铜基复合材料的制备方法,包括Cu40Zr44Ag8Al8基母合金坯料的制备,其特征是将母合金坯料粉碎,在真空条件下,采用快速感应熔化吹铸成直径为1-3mm的棒料,表面抛光处理,作为芯部材料与铜合金复合,芯部非晶合金的体积份数为20%-80%,在过冷液相区间,挤压比为3-10,挤压速率为0.1-0.3㎜/s的条件下挤压板材或棒材。
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