[發明專利]一種通過形狀記憶效應驅動非晶基體結構回復提升非晶內生復合材料力學性能的方法

有效

• 申請號: 202010347768.1
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111500958B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張龍;張海峰;朱正旺;張宏偉;付華萌;李宏;王愛民
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C45/10
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及一種通過非晶基體結構回復提升非晶內生復合材料力學性能的方法，屬于非晶合金及其內生復合材料領域。這類非晶內生復合材料的微觀組織特點為：具有可逆相變的內生晶態相分布于非晶基體中。在拉伸載荷作用下，該類非晶內生復合材料表現出超彈性，即小應變卸載后形狀完全恢復。通過在小應變處做拉伸循環加載，非晶內生復合材料中非晶基體相發生“形狀記憶效應”驅動的結構回復。結構回復的非晶基體可以導致非晶內生復合材料的力學性能明顯提升，包括拉伸塑性提高、加工硬化階段延長等。該方法可以提升非晶內生復合材料的力學性能，進而拓展其作為結構材料的實際應用，具有重要的社會經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種通過非晶基體結構回復提升非晶內生復合材料力學性能的方法，包括非晶內生復合材料的微觀組織特點和力學性能特征、非晶基體結構回復機理和實施方法，屬于非晶合金及其內生復合材料領域。

背景技術

非晶合金具有高強度、高硬度、大彈性極限等優異的力學性能，具有作為結構材料廣泛應用的前景。然而，塊狀非晶合金在室溫下無宏觀拉伸塑性，這嚴重限制了非晶合金作為結構材料的廣泛應用。研究表明，非晶合金的能量狀態和結構與其力學性能密切相關。非晶合金是熱力學上的亞穩態，會經歷弛豫過程逐步向能量狀態更低、原子堆垛密度更高的狀態轉變，最終轉變為晶體而“死亡”。非晶合金的弛豫通常導致其塑性變形能力降低、韌性降低，從而限制了非晶合金作為結構材料的應用。研究表明，在外部能量的作用下，非晶合金可以實現結構回復(英文：rejuvenation)，即從能量狀態相對較低、原子堆垛密度相對較高的狀態轉變為能量狀態相對較高、原子堆垛密度相對較低的狀態，也即馳豫的逆過程。非晶合金的結構回復可以改善非晶合金的壓縮塑性和韌性，有利于非晶合金作為結構材料的服役安全性。

為了進一步獲得拉伸塑性以及進一步提高韌性，在非晶合金凝固過程中通過部分結晶獲得非晶內生復合材料。非晶內生復合材料可以表現出一定的拉伸塑性，甚至加工硬化能力，這對該類材料的實際應用極為有利。目前，非晶內生復合材料的研究主要集中在兩大類非晶內生復合材料：Ti基(或Zr基)非晶內生β-Ti/Zr復合材料，稱為β-型非晶內生復合材料；CuZr(Ti)基非晶內生B2-CuZr復合材料(B2-型非晶內生復合材料)。β-型非晶內生復合材料中內生β相通常是穩定相，其塑性變形方式為位錯機制，導致硬化能力相對較弱，不足以彌補非晶基體剪切帶萌生和擴展導致的軟化效應，所以β-型非晶內生復合材料大都表現加工軟化現象，這也限制了這類材料的應用。研究表明，如果內生晶態相為亞穩相，在加載過程中發生形變誘發馬氏體相變，馬氏體相變引入大量相界面，起到很好的硬化作用，可以彌補非晶基體的剪切軟化，則這兩類非晶內生復合材料都可以表現出拉伸加工硬化能力。拉伸塑性和加工硬化能力是決定這類材料能否作為關鍵工程構件的因素。因此，如何進一步提升非晶內生復合材料的拉伸塑性和加工硬化能力具有重要的實際應用價值和社會經濟效益。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過非晶基體結構回復提升非晶內生復合材料力學性能的方法，該方法可以進一步提升非晶內生復合材料的力學性能，實現更高的拉伸塑性和更優異的拉伸加工硬化能力。

本發明的技術方案：

一種通過非晶基體結構回復提升非晶內生復合材料力學性能的方法，通過在小應變處做“卸載→再加載”兩次以上的循環加載處理，利用內生晶態相在其可逆相變過程中對非晶合金基體施加的應變場實現非晶合金基體的結構回復；其中，小應變的工藝參數是：應變小于非晶合金的彈性極限2％。

所述的通過非晶基體結構回復提升非晶內生復合材料力學性能的方法，通過非晶合金基體結構回復提升非晶內生復合材料拉伸塑性，非晶合金基體發生結構回復的過程中，從原子堆垛密度高、能量狀態低的低能態，轉變為原子堆垛密度低、能量狀態高的高能態；結構回復的非晶合金基體中剪切轉變區貫穿為一條剪切帶的傾向性降低，更容易誘發多重剪切帶，導致其塑性變形能力提升。