專利名稱：Zr基非晶合金泡沫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種開孔非晶合金泡沫材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
非晶合金泡沫材料是結(jié)合金屬泡沫和非晶合金兩者優(yōu)點(diǎn)發(fā)展起來的一種新型功能結(jié)構(gòu)材料。它不僅具有金屬泡沫的輕質(zhì)、高比表面、吸聲、散熱、阻燃等獨(dú)特性能，而且還具有非晶合金的高強(qiáng)度、高斷裂韌性、高彈性極限、低模量以及良好的耐腐蝕性等優(yōu)異特性，實(shí)現(xiàn)了 “輕質(zhì)”和“強(qiáng)韌”的理想結(jié)合。因此，在航天航空、武器裝備、通信、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景。更為重要的是，非晶合金泡沫材料同時(shí)具有高的坪應(yīng)力和大應(yīng)變，進(jìn)而表現(xiàn)出高的能量吸收性能，這是其它泡沫金屬材料所不具備的。如目前研究的含泡沫鋁的輕質(zhì)復(fù)合裝甲系統(tǒng)中，由于泡沫鋁較低的屈服強(qiáng)度及較低的吸能本領(lǐng)使得該結(jié)構(gòu)對(duì)背板層裂的防護(hù)及對(duì)擊波的衰減作用還不夠理想，而作為兼具較高的屈服強(qiáng)度和高的吸能本領(lǐng)的非晶合金泡沫材料則有望成為對(duì)輕質(zhì)復(fù)合裝甲系統(tǒng)中填充材料的良好選擇。這樣也恰好迎刃而解的滿足了人們?nèi)找鎸?duì)低密度、更高強(qiáng)度材料的迫切需求。目前，非晶合金泡沫材料的研究還處于初級(jí)階段，主要以各種制備方法的探索和材料組織的研究為主。非晶合金泡沫材料的制備方法主要有熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法以及粉末冶金法。發(fā)泡工藝受到很多因素控制，比如氣孔大小的控制、宏觀的均勻性和各向同性要求和成本效益等，粉末冶金技術(shù)受非晶粉末的制備、物性以及發(fā)泡過程中粉末顆粒界面的結(jié)合能力等因素，將會(huì)降低非晶合金泡沫材料的力學(xué)性能。采用滲流法則避免了氣孔不均勻和顆粒結(jié)合力等問題，能夠得到更加均勻的泡沫非晶結(jié)構(gòu)。由于受到非晶形成能力和冷卻速度的限制，目前可用于制備非晶合金泡沫的合金系主要是Pd基和^ 基。Pd基非晶合金受生產(chǎn)成本的限制，只能作理論探討<1τ基非晶合金非晶態(tài)形成能力強(qiáng)且成本相對(duì)低廉，因此^ 基非晶合金泡沫將成為面向工程應(yīng)用的材料的良好選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)單、成本相對(duì)低廉、孔徑及尺寸均勻的開孔 Zr基非晶合金泡沫的制備方法。本發(fā)明的一種ττ基非晶合金泡沫的具體工藝如下(1)制作ττ基非晶母合金錠子；(2)將造孔劑放入到銅模模具里，再將模具放入高真空電弧熔煉及吸鑄爐的吸鑄室內(nèi)；(3)將所制作的ττ基非晶母合金放入真空熔煉爐內(nèi)，熔融后在一定的壓力下吸鑄到盛有造孔劑的銅模里，保壓一定時(shí)間后將模具取出；(4)將樣品從模具中取出并去除掉造孔劑，即可得到開孔ττ基非晶合金泡沫。優(yōu)選地，所述ττ基非晶母合金錠子的制作過程是按照&41.25Ti13.75CUl2.5Ni1(^22.5 的原子百分比配比，取市售純金屬Zr、Ti、Cu、Ni、Be元素的塊、板或錠等的塊體材料，在經(jīng)過Ti鈍化的高純氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠。優(yōu)選地，所述造孔劑為NaCl鹽顆?；蛘咂X酸鈉鹽顆粒。優(yōu)選地，NaCl鹽顆粒為NaCl工業(yè)鹽顆粒，在將NaCl工業(yè)鹽顆粒放入到銅模模具之前要做如下處理在500°C 600°C進(jìn)行熱處理，去除結(jié)晶水以及吸收的水分，然后放置在150°C管式爐中保溫備用。優(yōu)選地，在將偏鋁酸鈉鹽顆粒放入到銅模模具之前要做如下處理在90(TC 1100°C進(jìn)行熱處理，去除結(jié)晶水以及吸收的水分，隨后放置在200°C管式爐中保溫備用。本發(fā)明還提供了一種^ 基非晶合金泡沫，具有如下組份 Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5，這里的配比為原子百分比。本發(fā)明所制備的ττ基非晶合金泡沫材料解決了泡沫金屬?gòu)?qiáng)度低、耐腐蝕性差等問題，其次，本發(fā)明的&基非晶合金泡沫材料還解決塊體非晶合金室溫壓縮塑性變形差問題。此外，本方法通過選用價(jià)格低廉、來源廣泛且易去除的NaCl顆粒/NaAlO2顆粒作為造孔劑，結(jié)合高真空熔煉-吸鑄系統(tǒng)，通過低壓滲流技術(shù)制備出不同孔徑的開孔ττ基非晶合金泡沫材料，不僅制作工藝簡(jiǎn)單，而且成本低。


圖1為實(shí)施例1中制備得到的&41.MTi13.75Cu12.5Ni1QBe22.5 (Vitl)非晶合金泡沫XRD 衍射射線圖；圖2為實(shí)施例1制備的ττ非晶合金泡沫的照片。
具體實(shí)施例方式采用滲流法對(duì)造孔劑以及滲流工藝的控制有著較高要求。因此對(duì)ττ基非晶合金泡沫制備的關(guān)鍵是有以下幾點(diǎn)一是其制備對(duì)孔隙支撐材料的要求高，即在滲流鑄造過程中孔隙支撐材料不能污染液態(tài)金屬或成為異質(zhì)形核的質(zhì)點(diǎn)，且有足夠的耐熱性和強(qiáng)度以保證在滲流溫度下不被破壞或者變形；二是造孔劑良好的去除性和化學(xué)穩(wěn)定性。即在去除造孔劑的過程中不腐蝕非晶合金泡沫的骨架結(jié)構(gòu)；且從應(yīng)用的角度來講，要來源廣、經(jīng)濟(jì)且要為環(huán)境友好材料。三是滲流工藝的控制，選擇的制備方案要易于操作、產(chǎn)品的通孔率一致性好以及成品率要高等。因此，選擇合適的無環(huán)境污染且價(jià)格便宜的孔隙支撐材料、制備出孔結(jié)構(gòu)可控的泡沫^ 基非晶對(duì)其應(yīng)用是至關(guān)重要的。本發(fā)明主要選取了價(jià)格低廉、來源廣泛且易去除的 NaCl顆粒/NaAW2顆粒作為造孔劑。實(shí)施例1 按照Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5(原子百分比)配比，選取市售純金屬Zr、Ti、Cu、Ni.Be元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高于99.9%)為原始母合金材料，在經(jīng)過Ti鈍化的高純氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠。母合金需反復(fù)熔煉以確保合金成分的均勻性。選用0. 5-1. Omm的工業(yè)鹽(NaCl)顆粒，放入管式爐中在600°C保溫2h后，降低至 150°C，裝入銅模中。將裝有NaCl顆粒的銅模模具放入吸鑄室。將一定質(zhì)量的^ 基母合金錠子放入真空熔煉爐內(nèi)，經(jīng)過再次熔煉后在一定的壓力P下吸鑄到盛有NaCl顆粒的銅模里，保壓一定ailin后將模具取出，得到泡沫預(yù)制型；將預(yù)制型從模具中取出后放入水中，采用超聲器溶解掉NaCl顆粒，隨后放入酒精中清洗，干燥后即可得到開孔ττ基非晶合金泡沫。所制備出來的ττ基非晶合金泡沫如圖2所示。圖2為制備得到的&41.25Ti13.75Cu12.5Ni1QBi522.5(Vitl)非晶合金泡沫XRD衍射射線圖。該非晶合金泡沫的壓縮應(yīng)變達(dá)50%，壓縮平臺(tái)的強(qiáng)度約為40MPa。實(shí)施例2 按照Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5(原子百分比)配比，選取市售純金屬Zr、Ti、Cu、 Ni、Be元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高于99. 9%)為原始母合金材料，在經(jīng)過Ti鈍化的高純氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠。母合金需反復(fù)熔煉以確保合金成分的均勻性。選用1-1. 5mm的偏鋁酸鈉(NaAlO2)顆粒，放入管式爐中在1000°C保溫池后，降低至200°C，裝入銅模中。將裝有NaAW2顆粒的銅模模具放入吸鑄室。將一定質(zhì)量的ττ基母合金錠子放入真空熔煉爐內(nèi)，經(jīng)過再次熔煉后在一定的壓力P下吸鑄到盛有NaAlA顆粒的銅模里，保壓一定ailin后將模具取出，得到泡沫預(yù)制型；將預(yù)制型從模具中取出后放入水中，采用超聲器溶解掉NaAW2顆粒，隨后放入酒精中清洗，干燥后即可得到開孔ττ基非晶合金泡沫。制備得到的非晶合金泡沫與實(shí)施案例1中得到的類似，該泡沫的孔尺寸均勻且具有良好的開孔性。
權(quán)利要求
1.一種ττ基非晶合金泡沫制備方法，包括如下步驟(1)制作^ 基非晶母合金錠子；(2)將造孔劑放入到銅模模具里，再將模具放入高真空電弧熔煉及吸鑄爐的吸鑄室內(nèi)；(3)將所制作的^ 基非晶母合金放入真空熔煉爐內(nèi)，熔融后在一定的壓力下吸鑄到盛有造孔劑的銅模里，保壓一定時(shí)間后將模具取出；(4)將樣品從模具中取出并去除掉造孔劑，即可得到開孔ττ基非晶合金泡沫。
2.如權(quán)利要求ι所述的方法，其特征在于，所述^ 基非晶母合金錠子的制作過程是 按照Zr4L25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5的原子百分比配比，取市售純金屬Zr、Ti、Cu、Ni、Be元素的塊、板或錠的塊體材料，在經(jīng)過Ti鈍化的高純氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述造孔劑為NaCl鹽顆?；蛘咂X酸鈉鹽顆粒。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，NaCl鹽顆粒為NaCl工業(yè)鹽顆粒，在將NaCl 工業(yè)鹽顆粒放入到銅模模具之前要做如下處理在500°C 600°C進(jìn)行熱處理，去除結(jié)晶水以及吸收的水分，然后放置在150°C管式爐中保溫備用。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在將偏鋁酸鈉鹽顆粒放入到銅模模具之前要做如下處理在900°C 1100°C進(jìn)行熱處理，去除結(jié)晶水以及吸收的水分，隨后放置在 200°C管式爐中保溫備用。
6.一種Zr基非晶合金泡沫，具有如下組份:Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni1QBi522.5，這里的配比為原子百分比。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Zr基非晶合金泡沫，具體工藝如下(1)制作Zr基非晶母合金錠子；(2)將造孔劑放入到銅模模具里，再將模具放入高真空電弧熔煉及吸鑄爐的吸鑄室內(nèi)；(3)將所制作的Zr基非晶母合金放入真空熔煉爐內(nèi)，熔融后在一定的壓力下吸鑄到盛有造孔劑的銅模里，保壓一定時(shí)間后將模具取出；(4)將樣品從模具中取出并去除掉造孔劑，即可得到開孔Zr基非晶合金泡沫。本方法通過選用價(jià)格低廉、來源廣泛且易去除的NaCl顆粒/NaAlO2顆粒作為造孔劑，結(jié)合高真空熔煉-吸鑄系統(tǒng)，通過低壓滲流技術(shù)制備出不同孔徑的開孔Zr基非晶合金泡沫材料，不僅制作工藝簡(jiǎn)單，而且成本低。
文檔編號(hào)C22C45/10GK102296204SQ20111026810
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者戴蘭宏, 蔣敏強(qiáng), 陳軍紅, 魏秀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所