本发明专利技术提供了一种镁基非晶合金内生复合材料，采用热力学稳定准晶颗粒强化镁基非晶合金基体，形成准晶-非晶的双相复合结构。实验证实，该复合结构有效地提高了材料的塑性与强度，是一种具有良好应用前景的镁基非晶复合材料。本发明专利技术还提出了一种制备该准晶-非晶内生复合结构的方法，具体为：首先将合金熔体缓慢降温到室温，得到以一定大小、形状与体积含量的初生准晶相强化的准晶-晶体复合组织，然后升温使晶体组织熔化而准晶体颗粒保持稳定，得到半固态熔体，最后通过快速凝固技术保留未熔化的准晶体颗粒，而将熔体变成非晶相，从而得到非晶-准晶内生复合材料。该方法简单易于操作、可控性强，适用于大规模工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种镁基非晶合金内生复合材料，采用热力学稳定准晶颗粒强化镁基非晶合金基体，形成准晶-非晶的双相复合结构。实验证实，该复合结构有效地提高了材料的塑性与强度，是一种具有良好应用前景的镁基非晶复合材料。本专利技术还提出了一种制备该准晶-非晶内生复合结构的方法，具体为：首先将合金熔体缓慢降温到室温，得到以一定大小、形状与体积含量的初生准晶相强化的准晶-晶体复合组织，然后升温使晶体组织熔化而准晶体颗粒保持稳定，得到半固态熔体，最后通过快速凝固技术保留未熔化的准晶体颗粒，而将熔体变成非晶相，从而得到非晶-准晶内生复合材料。该方法简单易于操作、可控性强，适用于大规模工业化生产。【专利说明】
本专利技术属于金属基复合材料
，具体就是在合理设计合金成分的基础上，通过“升温一半固态凝固法”，制备出热力学稳定准晶强化的非晶合金基内生复合材料。
技术介绍
由于Mg基非晶合金为成分均一的非晶相，没有晶界与位错的存在，故相比晶态Mg合金，Mg基非晶合金不仅拥有更高的强度(800-1000MPa)，同时还表现出更为均匀的降解速率与降解性能。在Mg基非晶合金家族中，Mg-Zn-Ca非晶合金由于全部三种元素都具有很好的生物相容性，因而作为一种全新的镁合金生物医用材料，有着非常优异的性能潜力。特别是在2008年，瑞士科学家在《自然-材料》上报道发现，相比晶态Mg合金，Mg-Zn-Ca非晶合金不仅表现出优异的生物相容性与较低的降解速率，而且在Zn含量超过28at.%时，不再有H2的释放。这些新的发现，使得Mg-Zn-Ca非晶合金作为生物医用材料的研究与应用进一步受到了人们的关注。但是,与其它非晶合金一样，Mg-Zn-Ca非晶合金由于不存在位错，因而没有加工硬化能力，其在室温附近的形变不具有明显的塑性，通常会发生剪切带的失稳扩展，从而导致材料的灾难性断裂。所以，进一步改善Mg-Zn-Ca非晶合金的力学性能，对于其作为生物医用材料的成功应用具有非常重要的意义。一般来说，提高非晶合金的塑性，人们广泛采用的方法是在非晶合金基体中引入第二相而形成复合材料。第二相颗粒的存在，可以促进非晶合金中多重剪切带的萌生，并阻碍裂纹扩展，从而提高非晶合金的塑性。对于Mg基非晶合金而言，由于早期Mg基块体非晶合金的发现主要集中在Mg-Cu (Ni) -Re (稀土)等合金系，故到目前为止，关于Mg基非晶合金复合材料的研究主要还是集中在Mg-Cu (Ni) -Re (稀土)等合金系，且一般通过在非晶基体中引入Fe、Nb、Mo、Ti等韧性金属颗粒，或者通过熔体中析出Mg的枝晶初生相来获得复合材料较高的塑性。另外，随着研究的深入，人们进一步发现某些脆性的陶瓷颗粒，如SiC、TiB2等,也可以提闻该Mg基非晶合金复合材料的塑性。另外，自1993年我国科学家罗治平等人首先确定Mg-Zn-Y合金中的Mg3Zn6Y三元相为热力学稳定的二十面体准晶相以来，Mg-Zn-RE系准晶成为近年来准晶研究的热点，各国凝固物理学家们对Mg-Zn-RE三元系中准晶体的形成机制，结构和性能等展开了大量的研究工作。研究发现，Mg-Zn-RE系准晶具有优异的强化镁合金力学性能的作用。但目前大量的研究仅集中在Mg-Zn-RE系准晶强化晶态的镁合金，而关于Mg-Zn-RE系准晶强化的非晶态镁合金，目前国内外还未有报道。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对上述现有技术背景，提供一种Mg-Zn-RE系准晶强化的镁基非晶合金内生复合材料，该准晶体颗粒的引入，明显地提高了材料的强度与塑性。本专利技术实现上述技术目的所采用的技术方案为:一种准晶颗粒强化的镁基非晶合金内生复合材料，其元素组成分子式为MgaZnbCaeREd,其中a、b、C、d为相应元素的原子含量，RE为稀土元素中的一种或几种的混合，a+b+c+d=100 ;并且,其微观结构由非晶相与准晶相组成,准晶体相主要由Mg所述的准晶体相主要由Mg、Zn及RE元素构成,还可以包括少量固溶的Ca元素。作为一种情况，所述的准晶体相是由Mg、Zn及RE元素构成,该准晶体相可以是Mg3Zn6REltj所述的非晶相主要由Mg、Zn及Ca等元素构成，其中还可以包含微量Y，该成分的合金具有铜模铸造条件下形成2~5_完全非晶棒材的非晶形成能力，因此保证了后续工艺过程中非晶合金基体的顺利形成。本专利技术还提供了一种制备上述准晶颗粒强化的镁基非晶合金内生复合材料的方法，该方法首先将合金熔体缓慢冷却至室温，得到具有一定大小、形状与体积含量的初生准晶相强化的准晶-晶体复合组织，然后将上述准晶-晶体复合组织升温到晶体组织熔化而准晶体颗粒保持稳定的某一温度，得到一种半固态熔体，最后通过快速凝固技术保留未熔化的准晶体颗粒，而将熔化的熔体变成非晶结构，从而得到一种新颖的准晶-非晶的复合材料。该方法具体包括如下步骤:(I)按照所述的元素组成将合金充分熔化，使熔体成分均匀。(2)将上述合金熔体以10~1000°C /min的速率凝固到室温，在凝固过程中，热力学稳定准晶颗粒作为初生相首先析出，而具有一定非晶形成能力的剩余熔体在准晶颗粒全部析出之后才凝固为对应的晶体组织，从而得到准晶-晶体复合组织；(3)确定该准晶-晶体复合组织中晶体组织的熔化终了温度Tni与准晶颗粒的熔化终了温度Tn，将步骤(2)得到的准晶-晶体复合组织重新加热，加热后合金的温度大于Tm并且远小于Tn，以确保该加热过程中准晶体颗粒保持稳定，而具有一定非晶形成能力的其它晶体组织全部熔化，形成半固态的合金熔体；(4)将该半固态的合金熔体通过快速凝固技术冷却到室温，使准晶颗粒进一步保留，而具有一定非晶形成能力的剩余熔体转变为非晶相，即得到准晶颗粒强化的镁基非晶合金内生复合材料。所述的步骤(I)中，作为优选，按照所述的元素组成在600°C~750°C将合金熔化。所述的步骤(2)中，初生准晶体颗粒的大小、形貌等与冷却速率有关，当冷却速率较快时，生成的准晶颗粒较小，当冷却速率较慢时，生成的颗粒较大。因此，可以通过该步骤中的冷却速率来控制所要制备的准晶体颗粒的大小。所述的步骤(3)中，所述晶体组织的熔化终了温度Tm是指晶体组织充分熔化时对应的温度；所述准晶颗粒的熔化终了温度Tn是指准晶颗粒充分熔化时对应的温度。所述的步骤(3)中，作为优选，加热后温度大于Tm并且小于Tn_50°C ;进一步优选，加热后温度大于Tm并且小于Tm-75°C，以确保晶体组织的全部熔化与准晶体的保留。所述的步骤(3)中，将合金加热后优选保温一定时间，保温时间优选为0.1~5分钟。综上所述，本专利技术提供了一种新型的镁基非晶合金内生复合材料，创新性地采用热力学稳定准晶颗粒强化镁基非晶合金基体，形成准晶-非晶的双相复合结构。实验证实，该准晶体颗粒的引入有效地提高了复合材料的塑性与强度，是一种具有良好应用前景的镁基非晶合金复合材料。另外，本专利技术提供了一种制备该准晶-非晶内生复合材料的方法，该方法具有如下优点:(I)采用了首先通过较为缓和的冷速制备准晶-晶体复合组织，然后再通过“升温-快速凝固”法制备准晶-非晶复组织(材料)的方法，亦即“两步法”。而传统的方法是将熔体全部熔化并降温到某一初生晶体相析出的半固态熔融状态并保温一定时间后，直接通本文档来自技高网...
【技术保护点】
准晶颗粒强化的镁基非晶合金内生复合材料，其特征是：元素组成分子式为MgaZnbCacREd，其中a、b、c、d为相应元素的原子含量，RE为稀土元素中的一种或几种的混合，20≤b≤40，2≤c≤12，0.2≤d≤12，a+b+c+d=100；并且，其微观结构由非晶相与准晶相组成，准晶体相主要由Mg、Zn及RE元素构成，非晶相主要由Mg、Zn及Ca元素构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵远云，李润伟，常春涛，王新敏，门贺，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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