【成果介绍】

非晶合金因其独特的非晶态结构，具有明显优于传统晶态合金的力学、物理和化学性能，如高强度，良好的耐磨性和耐腐蚀性等性能，但是非晶合金最大的的缺陷是缺乏宏观室温塑性，仅表现出极小的塑性变形能力。在非晶合金中添加晶体钨，既能增加材料密度，也可以在非晶基复合材料的塑性变形过程中诱发非晶基体中多剪切带的萌生和扩展，保证相应的非晶基复合材料具有高强度、剪切“自锐性”等特性，同时又增加塑性与韧性，使其应用范围更加广泛。粉末冶金可以突破尺寸和形状限制，相比传统制备方法具有众多有益效果，但是金属钨与非晶合金的密度差异显著，通过直接球磨混粉的方式很难将两种粉末混合均匀。

本技术利用微喷射粘结3D打印技术将钨粉和非晶合金粉末制成预压坯，将预压坯进行加热抽真空，采用热等静压进行热压成形，制备出钨颗粒体积分数高、非晶合金基体为完全非晶态结构且力学性能好的复合材料（图1、图2分别为钨颗粒增强锆基非晶合金复合材料微观形貌和力学性能表征）。项目旨在得到一种大尺寸、外加高含量且能均匀分布的小颗粒韧性相非晶基复合材料的制备方法。对于制备粉末密度差异大的其他复合材料同样具有重要的指导意义。

图1 钨颗粒增强锆基非晶合金复合材料（Wp/BMGC）的扫描电镜图

（a）20% Wp/BMGC（b）40% Wp/BMGC (c) 50% Wp/BMGC

图2 体积分数为20%、40%和50%的钨颗粒增强锆基非晶合金复合材料的室温压缩

应力应变曲线

【技术优势】

由于钨颗粒与非晶合金密度差异显著，所以采用电弧熔炼铜模喷铸法、不锈钢管水淬法和渗流铸造法制备的钨颗粒增强非晶基复合材料，会出现成分偏析情况、颗粒相不能均匀的分布、基体晶化、非晶基复合材料的尺寸会明显受限等问题。本技术充分结合非晶合金的成形特点，需要在合适的温度范围快速成形、成形时间短，提出采用冷增材微喷射粘结技术进行粉体的混合，冷操作不仅不占用非晶成形时间，还通过特定的双鼓轮式送粉装置及双喷头同时喷粉，实现了颗粒密度差异很大的钨粉和非晶合金粉末的均匀混合，同时借助于粘结剂的粘结使得两种粉体材料相对位置固定；紧接着通过对包套加热保温抽真空，原位移除粘结剂，包套收缩时将压实混合粉体材料，混合粉体材料仍旧保持良好的均匀分布状态；此时采用热等静压烧结技术对压实的均匀混合的粉体材料进行热压烧结成形制备非晶基复合材料。采用冷增材微喷射粘结技术制坯-包套加热抽真空原位移除粘结剂-热等静压烧结成形三个步骤。微喷射粘结技术、原位移除粘结剂以及热等静压烧结成形的有机结合，得到大尺寸、颗粒相分布均匀的钨颗粒增强非晶基复合材料，成功克服上述存在的问题。

【应用实例】

根据本技术制备方法成功制备了不同体积分数的Wp/BMGCs，复合材料的实物图如图3所示。结果表明该项目具有很好的实施效果，有利于推动非晶复合材料的应用前景。相关研究成果已于2021年5月20日在国外高水平期刊《Materials Science & Engineering A》上发表。以上应用有效的提升了该成果在相关领域的竞争力，对于制备粉末密度差异大的复合材料具有重大指导意义。

图3 通过热等静压烧结成形制备的Wp/BMGC的实物图

【市场场景】

钨铜复合材料：应用于电工、电子领域。

SiC颗粒增强基复合材料：航空航天、汽车和其他制造业作为结构材料被广泛应用。

【知识产权】

该成果获授权发明专利5项，如下表所示：

以上专利均为2021年湖北省知识产权“三大工程”项目“非晶合金精密成形技术的研究和产业化”核心专利。

【合作方式】

许可，转让，作价入股，合作开发

【专家介绍】

龚攀，男，工学博士，华中科技大学材料学院副教授，硕士生导师。主持国家自然科学基金青年项目、湖北省自然科学基金面上项目、湖北省知识产权“三大工程”项目、广东省自然科学基金面上项目、深圳市基础研究项目、国家重点实验室开放基金等课题，作为科研骨干参与973计划项目1项，自然科学基金项目3项。发表SCI论文50余篇，被引用1000余次，H因子14，获授权中国发明专利20余项、美国发明专利2项。获省部级奖励1项。美国TMS学会和MRS学会会员，中国材料研究学会(CMRS)会员。任《材料导报》执行编委、《中国有色金属学报》青年编委、《精密成形工程》通讯编委。

【联系方式】