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1、(10)申请公布号 CN 103160759 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103160759 A *CN103160759A* (21)申请号 201110407132.2 (22)申请日 2011.12.09 C22C 45/00(2006.01) (71)申请人 沈阳工业大学 地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发区 沈辽西路 111 号 (72)发明人 尤俊华 邱克强 任英磊 李庆丰 王琳 (74)专利代理机构 沈阳智龙专利事务所 ( 普通 合伙 ) 21115 代理人 宋铁军 (54) 发明名称 一种含 Be 镁基非晶复合材料 (57) 摘要 一种含 Be。
2、 镁基非晶复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn 0.05Y0.06)100-xBex （x=16） ， 杂质元素及原子百分比为 O 0.002%。本发明通过联合加入 Ni、 Zn 和 Y 元 素， 以形成长周期相 ； 加入 Be 元素的目的是提高 合金的熵， 改变合金内部原子排列结构。 与现有的 镁基非晶复合材料相比， 本发明复合材料具有良 好的综合力学性能， 解决了镁基非晶合金的脆断 问题， 为非晶合金复合材料的实用化提供了一条 很有前景的途径。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和。
3、国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103160759 A CN 103160759 A *CN103160759A* 1/1 页 2 1. 一种含 Be 镁基非晶复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81 Ni0.08Zn0.05Y0.06)100-xBex ， x=16。 2. 根据权利要求 1 所述一种含 Be 镁基非晶复合材料， 其特征在于 ： 杂质元素及质量百 分比为 O 0.002%。 3. 根据权利要求 1 所述一种含 Be 镁基非晶复合材料， 其特征在于 ： 镁基非晶合金复合 材料。
4、的室温抗压强度 657MPa， 应变率 16.3%。 权 利 要 求 书 CN 103160759 A 2 1/4 页 3 一种含 Be 镁基非晶复合材料 技术领域 0001 本发明属于非晶复合材料技术领域， 具体涉及一种具有长周期结构的含 Be 镁基 非晶复合材料。 背景技术 0002 镁 是 密 排 六 方 晶 体 结 构， 其 堆 垛 原 子 序 为 AB 两 层 堆 垛 结 构， 而 所 谓 的 镁合金长周期堆垛结构就是比两层原子堆垛序更长的堆垛序， 如 6H(ABCBCB )， 10H(ABACBCBCAC)， 14H(ACBCBABABABCBC)， 18R( 其 序 列 为 AB。
5、ABABCACACABCBCBC) 和 24R (ABABABABCACACACABCBCBCBC) (H 表示六面结构， R 表示菱面结构， 前面的数字为堆跺层 数 )。 0003 1994 年， Luo 等在 Mg-Zn-Y 合金中首次报道了 18R 长周期结构。2001 年， Kawamura 等通过快速凝固 / 粉末冶金的方法制备出了屈服强度超过 600MPa， 延伸率 5% 的 Mg97Zn1Y2 （原子百分数， 下同） 合金， 并且该合金还具有优异的高温屈服强度和高应变速率下的超塑 性， 这使得对长周期结构增强镁合金的研究变为一个焦点。 2004年Kawamura等又制备出屈 服强。
6、度达到 375MPa， 延伸率到达 4% 的挤压态长周期结构增强 Mg97ZnY2。2005 年 Matsuura 等在快速凝固的 Mg98Cu1Y1条带中发现了非晶和 14H 的长周期结构， 这把存在长周期结构的 合金系由 Mg-Zn-Y 系扩展到 Mg-Cu-Y 系。2006 年， 惠希东等用水冷铜模铸造法成功制备出 了 6H 长周期结构增强镁基块体非晶， 其压缩应变量到达 18%， 压缩断裂强度到达 1.2GPa。 2008 年， Itoi 等水冷铜模制备的 Mg-Ni-Y 合金中发现 18R 的长周期结构。 0004 目前的研究发现， 长周期结构增强镁合金可以根据长周期的形成条件分为两。
7、类， 第一种类型包括Mg-Y-Zn、 Mg-Dy-Zn、 Mg-Ho-Zn和Mg-Er-Zn等合金系， 这些合金系中的长周 期结构是在凝固过程中形成的， 长周期结构的类型为 18R， 但通过高温退火， 其 18R 结构基 本转变为 14H。第二种类型包括 Mg-Gd-Zn、 Mg-Tb-Zn 和 Mg-Tm-Zn 等合金系， 在其铸态中不 存在长周期结构或者比较少， 通过高温退火后14H长周期结构从基体Mg过饱和固溶体中析 出。另外还发现在 Mg-RE-Zn/Cu(Mg-Gd-Zn、 Mg-Sm-Zn、 Mg-Er-Zn 等 ) 合金中也形成了 6H、 l0H、 14H、 18R和24R这5种。
8、不同类型的LPSO结构， 从而使该LPSO结构成为镁合金研究领域 的研究热点课题。 0005 本发明拟公开一种Mg-Ni-Zn-Y-Be非晶复合材料， 通过添加元素Be来改变具有长 周期结构的镁基非晶复合材料的原子排列结构。 Be与Mg在固态甚至是液态下都不互溶， 而 且 Be 的原子尺寸很小， 可以提高合金的熵值， 所以 Be 元素的加入可以改变合金的结构， 使 合金的综合力学性能都得到了一定程度的提高。 发明内容 0006 本发明提供一种含 Be 镁基非晶复合材料， 其目的是提高镁基非晶复合材料的综 合力学性能， 制备出具有室温抗压强度 657MPa， 应变率 16.3% 的非晶复合材料。。
9、 0007 为实现上述目的， 本发明采用以下技术方案 ： 说 明 书 CN 103160759 A 3 2/4 页 4 一种含 Be镁基非晶合金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0. 81Ni0.08Zn0.05Y0.06)100-xBex ， x=16。 0008 杂质元素及原子百分比为 O 0.002%。 0009 镁基非晶复合材料的室温抗压强度 657MPa， 应变率 16.3%。 0010 本发明通过添加 Be 元素， 使镁基非晶复合材料的原子结构发生变化， 提高了合金 的综合力学性能。 0011 附图说明 ： 图 1 为 （Mg0.81Ni0.08Zn0。
10、.05Y0.06)95Be5合金 2000 倍的 SEM 照片 ； 图 2 为 Mg81Ni8Zn5Y6合金 2000 倍的 SEM 照片 ； 图 3 为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)95Be5合金和 Mg81Ni8Zn5Y6合金的直径为 2mm 试样的应力应 变曲线。 0012 具体实施方式 ： 本发明公开一种含 Be 镁基非晶复合材料， 具有较高的强度和良好的塑性， 从而解决了 镁基非晶合金脆断问题， 为非晶复合材料的应用化提供了一条很有前景的途径。 0013 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)100-xBex （x=16。
11、） ， 杂质元素 及原子百分比为 O 0.002%。 0014 上述非晶复合材料的特点是 ： 室温抗压强度 657MPa， 应变率 16.3%。 0015 本发明通过联合加入具有强化作用的 Ni、 Zn 和 Y 元素， 使它们与 Mg 形成 Mg12ZnY 长周期相。实验表明， Mg12ZnY 相长周期结构是由 ABCBCB 堆跺的 6H 结构， 其中 A 和 B 是 富含 Zn 和 Y 的原子层， 其结构与理想的 6H 型镁有差异， 能提高非晶合金复合材料的综合力 学性能。添加 Be 元素的目的提高合金的熵， 改变合金内部原子排列结构， 进一步提高合金 的力学性能。 0016 上述含 Be 。
12、镁基长周期非晶合金复合材料是通过以下步骤制备的 ： （1）配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)100-xBex （x=16） ， 杂质含量 O 0.002% ； （2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔炼成中间合金， 在将中间合金 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成圆柱试。
13、样。 0017 下面结合具体实施例对本发明进行详细描述， 需要说明的是， 本发明的保护范围 并不仅限于下述实施例。 0018 实施例 1 ： 一种含 Be 镁基非晶合金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)99Be1。 0019 制备方法如下 ： （1） 配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)99Be1， 杂质含量 O 0.002% ； （。
14、2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔炼成中间合金， 在将中间合金 说 明 书 CN 103160759 A 4 3/4 页 5 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成直径为 2mm 的圆柱试样。 0020 镁基非晶复合材料的室温抗压强度 657MPa， 应变率 16.3%。 0021 实施例 2 ： 一种含 Be 镁基非晶合金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)98Be2。 0022 制备。
15、方法如下 ： （1） 配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)98Be2， 杂质含量 O 0.002% ； （2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔炼成中间合金， 在将中间合金 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成直径为 2mm 的圆柱试样。 0023 镁基非晶复合材料的室温抗。
16、压强度 661MPa， 应变率 17%。 0024 实施例 3 ： 一种含 Be 镁基非晶合金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)97Be3。 0025 制备方法如下 ： （1） 配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)97Be3， 杂质含量 O 0.002% ； （2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔。
17、炼成中间合金， 在将中间合金 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成直径为 2mm 的圆柱试样。 0026 镁基非晶复合材料的室温抗压强度 670MPa， 应变率 17.2%。 0027 实施例 4 ： 一种含 Be 镁基非晶合金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)96Be4。 0028 制备方法如下 ： （1） 配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 。
18、的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)96Be4， 杂质含量 O 0.002% ； （2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔炼成中间合金， 在将中间合金 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成直径为 2mm 的圆柱试样。 0029 镁基非晶复合材料的室温抗压强度 675MPa， 应变率 17.3%。 0030 实施例 5 ： 一种含 Be 镁基非晶合金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的。
19、组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)95Be5。 0031 制备方法如下 ： （1） 配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)95Be5， 杂质含量 O 0.002% ； 说 明 书 CN 103160759 A 5 4/4 页 6 （2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔炼成中间合金， 在将中间合金 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中。
20、进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成直径为 2mm 的圆柱试样。 0032 镁基非晶复合材料的室温抗压强度 689MPa， 应变率 18%。 0033 图 1 为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)95Be5合金 2000 倍的 SEM 照片 ； 图 2 为 Mg81Ni8Zn5Y6合金 2000 倍的 SEM 照片 ； 图 3 为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)95Be5合金和 Mg81Ni8Zn5Y6合金的直径为 2mm 试样的应力应 变曲线。 0034 实施例 6 ： 一种含 Be 镁基非晶合。
21、金复合材料， 其特征在于 ： 所述合金的组分及原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)94Be6。 0035 制备方法如下 ： （1） 配料 ： 原料是纯度为 99.9% 的纯 Mg、 99.9% 的纯 Ni、 99.9% 的纯 Cu、 99.9% 的纯 Y 和 99.9% 的纯 Be， 各元素的原子百分比为 （Mg0.81Ni0.08Zn0.05Y0.06)94Be6， 杂质含量 O 0.002% ； （2） 熔炼 ： 首先用电弧炉将高熔点元素 Cu、 Y、 Ni 和 Be 熔炼成中间合金， 在将中间合金 和元素 Mg 用氮化硼坩埚在井式电阻炉中进行熔炼， 利用 N2和 SF6混合气体作为保护气体 ； （3） 浇铸 ： 将熔化的金属液浇注成直径为 2mm 的圆柱试样。 0036 镁基非晶复合材料的室温抗压强度 675MPa， 应变率 17%。 说 明 书 CN 103160759 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103160759 A 7 2/2 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103160759 A 8 。