【成果介紹】
非晶合金因其獨(dú)特的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)晶態(tài)合金的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，如高強(qiáng)度，良好的耐磨性和耐腐蝕性等性能，但是非晶合金最大的的缺陷是缺乏宏觀室溫塑性，僅表現(xiàn)出極小的塑性變形能力。在非晶合金中添加晶體鎢，既能增加材料密度，也可以在非晶基復(fù)合材料的塑性變形過程中誘發(fā)非晶基體中多剪切帶的萌生和擴(kuò)展，保證相應(yīng)的非晶基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、剪切“自銳性”等特性，同時又增加塑性與韌性，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。粉末冶金可以突破尺寸和形狀限制，相比傳統(tǒng)制備方法具有眾多有益效果，但是金屬鎢與非晶合金的密度差異顯著，通過直接球磨混粉的方式很難將兩種粉末混合均勻。
本技術(shù)利用微噴射粘結(jié)3D打印技術(shù)將鎢粉和非晶合金粉末制成預(yù)壓坯，將預(yù)壓坯進(jìn)行加熱抽真空，采用熱等靜壓進(jìn)行熱壓成形，制備出鎢顆粒體積分?jǐn)?shù)高、非晶合金基體為完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)且力學(xué)性能好的復(fù)合材料（圖1、圖2分別為鎢顆粒增強(qiáng)鋯基非晶合金復(fù)合材料微觀形貌和力學(xué)性能表征）。項(xiàng)目旨在得到一種大尺寸、外加高含量且能均勻分布的小顆粒韌性相非晶基復(fù)合材料的制備方法。對于制備粉末密度差異大的其他復(fù)合材料同樣具有重要的指導(dǎo)意義。
圖1 鎢顆粒增強(qiáng)鋯基非晶合金復(fù)合材料（Wp/BMGC）的掃描電鏡圖
（a）20% Wp/BMGC（b）40% Wp/BMGC (c) 50% Wp/BMGC
圖2 體積分?jǐn)?shù)為20%、40%和50%的鎢顆粒增強(qiáng)鋯基非晶合金復(fù)合材料的室溫壓縮
應(yīng)力應(yīng)變曲線
【技術(shù)優(yōu)勢】
由于鎢顆粒與非晶合金密度差異顯著，所以采用電弧熔煉銅模噴鑄法、不銹鋼管水淬法和滲流鑄造法制備的鎢顆粒增強(qiáng)非晶基復(fù)合材料，會出現(xiàn)成分偏析情況、顆粒相不能均勻的分布、基體晶化、非晶基復(fù)合材料的尺寸會明顯受限等問題。本技術(shù)充分結(jié)合非晶合金的成形特點(diǎn)，需要在合適的溫度范圍快速成形、成形時間短，提出采用冷增材微噴射粘結(jié)技術(shù)進(jìn)行粉體的混合，冷操作不僅不占用非晶成形時間，還通過特定的雙鼓輪式送粉裝置及雙噴頭同時噴粉，實(shí)現(xiàn)了顆粒密度差異很大的鎢粉和非晶合金粉末的均勻混合，同時借助于粘結(jié)劑的粘結(jié)使得兩種粉體材料相對位置固定；緊接著通過對包套加熱保溫抽真空，原位移除粘結(jié)劑，包套收縮時將壓實(shí)混合粉體材料，混合粉體材料仍舊保持良好的均勻分布狀態(tài)；此時采用熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)對壓實(shí)的均勻混合的粉體材料進(jìn)行熱壓燒結(jié)成形制備非晶基復(fù)合材料。采用冷增材微噴射粘結(jié)技術(shù)制坯-包套加熱抽真空原位移除粘結(jié)劑-熱等靜壓燒結(jié)成形三個步驟。微噴射粘結(jié)技術(shù)、原位移除粘結(jié)劑以及熱等靜壓燒結(jié)成形的有機(jī)結(jié)合，得到大尺寸、顆粒相分布均勻的鎢顆粒增強(qiáng)非晶基復(fù)合材料，成功克服上述存在的問題。
【應(yīng)用實(shí)例】
根據(jù)本技術(shù)制備方法成功制備了不同體積分?jǐn)?shù)的Wp/BMGCs，復(fù)合材料的實(shí)物圖如圖3所示。結(jié)果表明該項(xiàng)目具有很好的實(shí)施效果，有利于推動非晶復(fù)合材料的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果已于2021年5月20日在國外高水平期刊《Materials Science & Engineering A》上發(fā)表。以上應(yīng)用有效的提升了該成果在相關(guān)領(lǐng)域的競爭力，對于制備粉末密度差異大的復(fù)合材料具有重大指導(dǎo)意義。
圖3 通過熱等靜壓燒結(jié)成形制備的Wp/BMGC的實(shí)物圖
【市場場景】
鎢銅復(fù)合材料：應(yīng)用于電工、電子領(lǐng)域。
SiC顆粒增強(qiáng)基復(fù)合材料：航空航天、汽車和其他制造業(yè)作為結(jié)構(gòu)材料被廣泛應(yīng)用。
【知識產(chǎn)權(quán)】
該成果獲授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)，如下表所示：
以上專利均為2021年湖北省知識產(chǎn)權(quán)“三大工程”項(xiàng)目“非晶合金精密成形技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化”核心專利。
【合作方式】
許可，轉(zhuǎn)讓，作價(jià)入股，合作開發(fā)
【專家介紹】
龔攀，男，工學(xué)博士，華中科技大學(xué)材料學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、湖北省知識產(chǎn)權(quán)“三大工程”項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、深圳市基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金等課題，作為科研骨干參與973計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)。發(fā)表SCI論文50余篇，被引用1000余次，H因子14，獲授權(quán)中國發(fā)明專利20余項(xiàng)、美國發(fā)明專利2項(xiàng)。獲省部級獎勵1項(xiàng)。美國TMS學(xué)會和MRS學(xué)會會員，中國材料研究學(xué)會(CMRS)會員。任《材料導(dǎo)報(bào)》執(zhí)行編委、《中國有色金屬學(xué)報(bào)》青年編委、《精密成形工程》通訊編委。
【聯(lián)系方式】
