一种高熵金属玻璃复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高熵金属玻璃复合材料的制备技术领域，具体为一种高熵金属玻璃复合材料及其制备方法和应用。运用电弧熔炼法结合翻转浇铸工艺制备成分为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种高熵金属玻璃复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高熵金属玻璃复合材料的制备
，具体涉及一种TiZrHfNbTMBe(TM为过渡金属元素Fe，Co，Ni和Cu的一种或两种以上)高熵金属玻璃复合材料及其制备方法。该高熵金属玻璃复合材料克服了单一高熵金属玻璃或和已开发的高熵非晶复合材料缺乏拉伸塑性的问题，可应用于交通运输、航空航天、消费电子产品、厨房洁具和医疗卫生等领域。

技术介绍

[0002]高熵金属玻璃复合材料(又可称高熵非晶复合材料)是在五种或以上元素按照等原子比或近等原子比的原则的前提下，在非晶基体上通过控制成分和冷却速率原位生成韧性晶体相，制备出内生晶体增韧的非晶基复合材料。这种复合材料材料结合了高熵合金优点与非晶复合材料的特征，室温下不仅表现出非晶合金高强度、高硬度等特征，同时兼具高熵合金的许多优良性能，如：高韧性、低比重等，因为具有重要的研究价值与工程应用前景。与单相非晶合金相比，高熵金属玻璃复合材料也具有良好的玻璃形成能力。在等原子比或近等原子比的非晶合金体系中，借鉴典型枝晶增强非晶基复合材料的合金设计思想和策略，在参考非晶合金的设计思想的基础上，结合晶体合金凝固时相的析出规律，通过控制晶体相的形核与长大过程即可得到有高熵合金相和高熵金属玻璃基体组成的复合材料，这使得高熵金属玻璃复合材料在苛刻的服役条件下具有更加可靠的使用性能。因此，在交通运输、航空航天、消费电子产品、厨房洁具和医疗卫生等领域具有重要的应用前景。
[0003]其中，西北工业大学的专利《高熵非晶复合材料及其制备方法》(公开号：CN106086713A)利用电弧熔炼法结合喷铸的工艺获得了由非晶相和β
‑
Ti枝晶增强相组成的等比例高熵非晶复合材料Ti
20
Zr
20
Nb
20
Cu
20
Be
20
、Ti
20
Zr
20
V
20
Cu
20
Be
20
和Ti
20
Zr
20
Ta
20
Cu
20
Be
20
。这组系列合金具有良好的压缩性能，屈服强度≥2300MPa，断裂应变≥1.4％。另外，专利《一种Ti基高熵非晶
‑
枝晶复合材料的制备方法》(公开号：CN109266946A)中提高了利用熔炼并吸铸的工艺获得高熵非晶复合材料Ti
20
Zr
20
Hf
20
Nb
10
Cu
10
Be
20
，该复合材料在压缩性能方面得到了显著提高。
[0004]太原理工大学的专利《一种高熵非晶基体复合材料及其制备方法》(公开号：CN106756637A)提出了一种利用电弧熔炼结合吸铸工艺而获得的Ti
‑
Zr
‑
Hf
‑
Nb
‑
Cu
‑
Be体系高熵非晶复合材料，其中Cu含量为12％～16.67％，Be含量为27.5％～35％(专利的实施列)。该复合材料兼具非晶合金与晶体合金的诸多特点，如：高强度屈服强度、高塑性断裂应变等优良力学性能。
[0005]然而，分析已有文献和专利，可以发现已报道的高熵非晶复合材料的合金成分具备高熵合金成分特征，然而对于这类具有两相结构的材料而言，其中第二相是否具有高熵合金特征，并未论及。从实施效果来看，这些高熵非晶或高熵非晶复合材料在拉应力条件下，经常表现为脆性断裂，严重缺乏拉伸塑性和加工硬化能力，这深刻制约了高熵金属玻璃复合材料作为新兴结构和功能材料的应用前景。针对这一难题，解决问题的关键是如何通
过成分设计和组织控制，实现高熵非晶复合材料中内生晶态相和基体非晶相均能具备高熵特性，充分利用高熵合金的优良塑性变形特性，从而实现高熵非晶复合材料具有高性能，如高拉伸强度和拉伸塑性等。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中非晶合金体系制备均需要高纯度原材料及服役过程中对拉伸性能方面的需要，本专利技术提供一种TiZrHfNbTMBe(TM为过渡金属元素Fe，Co，Ni和Cu的一种或两种以上)高熵金属玻璃复合材料及其制备方法和应用，该复合材料具有较高非晶形成能力、良好的拉伸塑性和加工硬化能力，且制备所用原材料易得，生产成本较低。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种高熵金属玻璃复合材料，按原子百分比计，合金成分表示为Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
TM
e
Be
f
，其中：5％≤a≤35％，5％≤b≤35％，5％≤c≤35％，5％≤d≤35％，0％<e≤10％，5％≤f≤35％，a+b+c+d+e+f＝100％，TM为过渡金属元素Fe、Co、Ni和Cu中的一种或两种以上。
[0009]所述的高熵金属玻璃复合材料，优选的，高熵金属玻璃复合材料原子百分比中：10％≤a≤30％，10％≤b≤30％，10％≤c≤30％，10％≤d≤30％，3％≤e≤8％，10％≤f≤19％，a+b+c+d+e+f＝100％，TM为过渡金属元素Fe、Co、Ni和Cu中的一种或两种以上。
[0010]所述的高熵金属玻璃复合材料，优选的，按原子百分比计，合金成分表示为：Ti
19
Zr
19
Hf
19
Nb
19
TM5Be
19
、Ti
19.95
Zr
19.95
Hf
19.95
Nb
16.15
TM5Be
19
、Ti
20.9
Zr
20.9
Hf
20.9
Nb
13.3
TM5Be
19
、Ti
21.85
Zr
21.85
Hf
21.85
Nb
10.45
TM5Be
19
、Ti
19
Zr
28
Hf
19
Nb
10
TM5Be
19
、Ti
19
Zr
19
Hf
19
Nb
19
TM8Be
16
、Ti
19.95
Zr
19.95
Hf
19.95
Nb
16.15
TM8Be
16
、Ti
20.9
Zr
20.9
Hf
20.9
Nb...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵金属玻璃复合材料，其特征在于，按原子百分比计，合金成分表示为Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
TM
e
Be
f
，其中：5％≤a≤35％，5％≤b≤35％，5％≤c≤35％，5％≤d≤35％，0％<e≤10％，5％≤f≤35％，a+b+c+d+e+f＝100％，TM为过渡金属元素Fe、Co、Ni和Cu中的一种或两种以上。2.按照权利要求1所述的高熵金属玻璃复合材料，其特征在于，优选的，高熵金属玻璃复合材料原子百分比中：10％≤a≤30％，10％≤b≤30％，10％≤c≤30％，10％≤d≤30％，3％≤e≤8％，10％≤f≤19％，a+b+c+d+e+f＝100％，TM为过渡金属元素Fe、Co、Ni和Cu中的一种或两种以上。3.按照权利要求1所述的高熵金属玻璃复合材料，其特征在于，优选的，按原子百分比计，合金成分表示为：Ti
19
Zr
19
Hf
19
Nb
19
TM5Be
19
、Ti
19.95
Zr
19.95
Hf
19.95
Nb
16.15
TM5Be
19
、Ti
20.9
Zr
20.9
Hf
20.9
Nb
13.3
TM5Be
19
、Ti
21.85
Zr
21.85
Hf
21.85
Nb
10.45
TM5Be
19
、Ti
19
Zr
28
Hf
19
Nb
10
TM5Be
19
、Ti
19
Zr
19
Hf
19
Nb
19
TM8Be
16
、Ti
19.95
Zr
19.95
Hf
19.95
Nb
16.15
TM8Be
16
、Ti
20.9
Zr
20.9
Hf
20.9
Nb
13.3
TM8Be
16
或Ti
21.85
Zr
21.85
Hf
21.85
Nb
10.45
TM8Be
16
，TM为过渡金属元素Fe、Co、Ni和Cu中的一种或两种以上。4.按照权利要求1所述的高熵金属玻璃复合材料，其特征在于，高熵金属玻璃复合材料中的高熵合金晶态相体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱正旺，刘明磊，张海峰，李松涛，张龙，李正坤，付华萌，李宏，张宏伟，王爱民，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：