[發明專利]提高強度和塑性的內生相鈦基非晶復合材料及制備方法

無效

• 申請號: 201410487733.2
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104264081A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 程煥武;沈永華;薛云飛;陳文佳;王魯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及內生相鈦基非晶復合材料領域，具體為一種提高強度和塑性的內生相鈦基非晶復合材料及制備方法。

背景技術

鈦基非晶合金密度較低，成本相對低廉，具有高強度、高硬度等優異的力學性能，在航空、航天、運動器材和醫療器械等領域中有著重要的應用。但由于剪切局域化和應變軟化，大部分非晶合金的塑性變形具有局域剪切特性，在其變形過程中由于絕熱剪切極易造成主剪切帶周圍區域材料軟化，最終導致在軟化剪切面上發生斷裂，即呈現單一剪切帶主宰的脆性斷裂模式；在宏觀上，由于變形發生在極小的區域內，表現為沒有明顯塑性變形的災難性失效。

為了改善塊體非晶合金的室溫宏觀塑性，通過調整成分和制備工藝在非晶合金基體上引入塑性晶態相，其中內生β相非晶合金因為具有良好的塑性變形能力而備受關注。具有不同強度和彈性模量的第二相，可以阻礙單一剪切帶的滑移，促使多重剪切帶的形成和滑移，使應力重新分布，這種方法是目前提高塊體非晶合金塑性的一種有效方法。

2000年,Johnson小組的Hay《Microstructure?controlled?shear?band?pattern?formation?and?enhanced?plasticity?of?bulk?metallic?glasses?containing?in?situ?formed?ductile?phase?dendrite?dispersions》等人在Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金系中加入合金化組元Nb后,制備出了具有微米尺度β-Zr(Ti,Nb)固溶體和玻璃基體兩相微觀組織的Zr_56.2Ti_13.8Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5BMG復合材料。He?G和Eckert?J《Ductile?dendritic?phase?reinforced?Ti-base?bulk?metallic?glass-forming?alloys,Materials?Research?Society?Symposium?Proceedings》等人在Ti基非晶中加入高熔點的Nb、Ta、Mo、Zr元素，塑性變形量超過14％，極限強度達到2400MPa。2011年Qiao《Synthesis?of?plastic?lightweight?Ti-based?metallic-glass-matrix?composites?by?Bridgman?solidification》等用Bridgman法成功制備出一種鈦基(Ti₄₆-Zr₂₀V₁₂Cu₅Be₁₇)內生枝晶相增韌的非晶復合材料。同樣通過調節抽拉速度改變其枝晶相的大小、體積分數和分布，最終得到強度高、塑性好的合金材料。

中國科學院金屬研究所的專利《內生韌性相增強的Ti基非晶復合材料及其制備方法》(公開號：102296253A)中通過電弧熔煉和銅模噴住的方法制備的Ti_52.9Zr_34.5Ni_1.6Cu_4.2Be_6.8非晶復合材料的壓縮斷裂強度為1913MPa,壓縮應變為14％。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高強度和塑性的內生相鈦基非晶復合材料及制備方法，通過嚴格控制制備工藝制備一種大尺寸塊體鈦基非晶復合材料。解決了鈦基非晶合金塑韌性較差的同時還具有較高的抗壓強度。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種提高強度和塑性的內生相鈦基非晶復合材料及制備方法，該材料由下列元素按原子比配比組成：

一種提高強度和塑性的內生相鈦基非晶復合材料及制備方法，制備過程如下：

第一步，原料的配制

將配制好的原料依次在丙酮和酒精中超聲清洗以保證原材料的潔凈無雜質。

第二步，制備母合金錠

將配制好的原料置于水冷銅坩堝中，抽真空后充入惰性保護氣體，熔煉過程中，先用小電流將未熔塊體慢慢融化，再用大電流繼續熔煉，為使成分混合均勻加入磁攪拌，制得母合金錠。

第三步，銅模噴鑄法制備內生相鈦基非晶復合材料

用銅模噴鑄法制備內生相鈦基非晶復合材料的設備包括加壓密封裝置、合金塊、冷卻銅模裝置、感應加熱線圈、石英管及噴嘴裝置、密封腔體；