一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于非晶合金领域，公开了一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：S1将金属原料按设计比例混合，加热熔化得到合金熔体；S2保温合金熔体，同时向合金熔体中吹入氧气，控制熔体内氧原子百分比达到预先设定值，所述预先设定值为0.01％‑1.0％；S3合金熔体冷却，完成复合材料的制备。本发明专利技术制备的氧掺杂增韧铝基非晶复合材料，具有弥散状的氧化物，提高了其周围非晶基底中金属原子的自由体积，使得在变形过程中有利于局部剪切区域形成，减轻了剪切转变局域化，在不明显降低强度的条件下，实现了材料塑性的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料及其制备方法
本专利技术属于非晶合金领域，具体涉及一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料及其制备方法。
技术介绍
非晶合金由于其独特的长程无序短程有序结构，具有高强度、高硬度、高弹性、耐腐蚀、抗磨损等优异性能，在航空航天、生物医学、精密机械等领域有着广泛的应用前景。在众多非晶合金体系中，铝基非晶合金还具有密度小、比强度高的优势，因此受到研究者极大关注。但是，铝基非晶合金面临非晶合金所具有的一个共性问题，即在室温条件下变形过程中塑性很差，表现出强烈的脆性，极大地制约了其应用。因此，需要开发能够对铝基非晶合金进行强韧化处理的方法。CN108715979A公开了一种氧调制相变的非晶复合材料及其制备方法，通过在TiZr基非晶复合材料中添加不同含量的氧元素，氧元素是通过熔炼时向合金中添加金属M的氧化物实现，使其在受载过程中的β→α马氏体相变过程可控。该技术方案提高非晶复合材料强度和塑性变形能力，然而并没有很好解决变形过程中塑性较差的问题，氧元素的加入也具有局限性。CN105886965A公开了一种共同掺杂N、O元素的钛基非晶复合材料，由Ti、Zr、Nb、Cu、Be以及掺杂的间隙元素N和O组成，N元素和O元素通过在熔炼过程中添加TiN和TiO2粉末的方式掺杂引入。该技术方案利用N、O元素在枝晶中的固溶强化作用，获得的N、O元素共同掺杂的钛基非晶复合材料具有更高的屈服强度，同时具有较强的断裂塑性，但制备的非晶复合材料仍具有原料非晶合金体系选择的局限性。CN105154702B公开了一种铝基非晶/高熵合金复合材料及制备方法，先利用机械合金化获得铝基非晶合金粉末，然后通过气雾化法获得高熵合金粉末，最后使用放电等离子烧结获得的铝基非晶/高熵合金复合材料，具有一定的变形能力，但其工艺过程复杂。综上所述，现有技术仍缺少一种能解决塑性问题的铝基非晶复合材料简单工艺。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料，其目的在于，精确控制了氧掺杂含量，将特定含量氧元素引入到非晶合金基体中，形成弥散状的氧化物。一方面，弥散的氧化物提高了其周围非晶基底中金属原子的自由体积，使得在变形过程中有利于在大量细小氧化物周围形成局部剪切区域，从而减轻了剪切转变局域化；另一方面，氧化物作为第二相起到弥散强化的作用，在变形过程阻碍剪切带运动，因此实现了材料塑性的提高。在控制氧元素含量不过量的情况下，不仅有效避免了氧带来的危害，同时起到了改善材料力学性能的作用。本专利技术的详细技术方案如下所述。一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1将金属原料加热熔化得到合金熔体；S2保温合金熔体，同时向合金熔体中吹入氧气，控制熔体内氧原子百分比达到预先设定值，所述预先设定值为0.01％-1.0％；S3合金熔体冷却，完成复合材料的制备。作为优选，所述S2中，所述金属原料中包括铝金属，所述铝金属的原子占全部金属原子总数的比例为80％-95％。作为优选，所述S2中，所述预先设定值为0.4-0.7％。作为优选，所述S2中，温度控制位于合金液相线温度以上。作为优选，所述S2中，温度控制位于合金液相线温度以上20-150℃。作为优选，所述S2中控制熔体内氧原子百分比达到预先设定值，是通过测温定氧仪实时测量溶解氧含量，氧原子百分比达到预先设定值后停止加热来实现的。作为优选，所述S3中，所述冷却是水冷却进行。水冷却速度较快，本专利技术需要较快的冷却速度，才能快速形成弥散状的氧化物。还通过更换水冷模具获得不同形状、尺寸的增韧铝基非晶复合材料，以满足各种场合的需求。作为优选，所述S1中，金属原料还包括镍金属，所述铝金属和镍金属的纯度大于99.99％。本专利技术还保护一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料，根据前面所述的方法制备而成。作为优选，所述铝基非晶复合材料由非晶合金基及其内部的均匀弥散氧化物组成。本专利技术的有益效果有：(1)本专利技术将氧元素引入到非晶合金基体中，形成弥散状的氧化物。通过严格控制氧掺杂含量，避免了氧带来的不利影响，并利用均匀弥散的氧化物改善了材料力学性能，在不明显降低强度的条件下，实现了塑性的提高；(2)本专利技术通过测温定氧仪精确控制氧掺杂含量，实现对氧掺杂增韧铝基非晶复合材料力学性能的宏观调控；(3)本专利技术使用水冷却，冷却速度快，能快速形成弥散状的氧化物。附图说明图1为实施例1、2及对比实施例1、2铝基非晶合金的压缩应力应变曲线。图2实施例1的分子动力学模拟验证图。具体实施方式实施例1制备Al-Ni-Y非晶复合材料，制备过程包括如下步骤：(1)将Al、Ni、Y三种纯度大于99.99％的纯金属原料按照原子比Al:Ni:Y为80.0％：15.0％:5.0％的比例称量30g混合，并在熔炼炉中加热熔化；(2)持续加热并控制炉内温度1050℃恒温，向合金熔体吹入氧气，使用测温定氧仪实时测量溶解氧含量，氧原子百分比到达0.7％时停止加热。(3)迅速转移合金熔体至铜模内并水冷制备得到直径1mm棒状材料。实施例2制备Al-Ni-Y非晶复合材料，制备过程包括如下步骤：(1)将Al、Ni、Y三种纯度大于99.99％的纯金属原料按照原子比Al:Ni:Y为80.0％：15.0％:5.0％的比例称量30g混合，并在熔炼炉中加热熔化；(2)持续加热并控制炉内温度1050℃恒温，向合金熔体吹入氧气，使用测温定氧仪实时测量溶解氧含量，氧原子百分比到达0.4％时停止加热。(3)迅速转移合金熔体至铜模内并水冷制备得到直径1mm棒状材料。对比实施例对比实施例1本实施例与实施例1不同之处在于，氧含量不同，具体如下所述。(1)将Al、Ni、Y三种纯度大于99.99％的纯金属原料按照原子比Al:Ni:Y为80.0％：15.0％:5.0％的比例称量30g混合，并在熔炼炉中加热熔化；(2)持续加热并控制炉内温度1050℃恒温10s。(3)迅速转移合金熔体至铜模内并水冷制备得到直径1mm棒状材料。对比实施例2本实施例与实施例1不同之处在于，氧含量不同，具体如下所述。(1)将Al、Ni、Y三种纯度大于99.99％的纯金属原料按照原子比Al:Ni:Y为80.0％：15.0％:5.0％的比例称量30g混合，并在熔炼炉中加热熔化；(2)持续加热并控制炉内温度1050℃恒温，向合金熔体吹入氧气，使用测温定氧仪实时测量溶解氧含量，氧原子百分比到达1.5％时停止加热。(3)迅速转移合金熔体至铜模内并水冷制备得到直径1mm棒状材料。测试实施例将实施例1-2对比实施例1-2的样品进行力学性能测试，测试标准依据国家标准GBT7314-2017，压缩应力应变曲线测试结果如图1所示，测试数据如表1所示。表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1将金属原料加热熔化得到合金熔体；/nS2保温合金熔体，同时向合金熔体中吹入氧气，控制熔体内氧原子百分比达到预先设定值，所述预先设定值为0.01％-1.0％；/nS3合金熔体冷却，完成复合材料的制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧掺杂增韧铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将金属原料加热熔化得到合金熔体；
S2保温合金熔体，同时向合金熔体中吹入氧气，控制熔体内氧原子百分比达到预先设定值，所述预先设定值为0.01％-1.0％；
S3合金熔体冷却，完成复合材料的制备。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述金属原料中包括铝金属，所述铝金属的原子占全部金属原子总数的比例为80％-95％。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述预先设定值为0.4-0.7％。


4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，温度控制位于合金液相线温度以上。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新云，张嘉城，张茂，黄婷，邓磊，金俊松，龚攀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42