[發明專利]一種多相彌散狀Ti基非晶復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011369968.3
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112481560B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 朱正旺;林師峰;張海峰;張龍;李正坤;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: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;B22D11/06;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種多相彌散狀Ti基非晶復合材料及其制備方法，該復合材料為一類含有多相非晶合金基復合材料，其中β相的化學組成為Ti_73~74Zr_13~14Ni_1~3Cu_1~3Mo_10~12，體積分數為36.1~39.1%；α相為純Ti元素，體積分數為7.1~9.1%；剩余的為非晶相，其化學成分為Ti_38~40Zr_23~24Cu_8~9Ni_5~6Be_23~25。該非晶復合材料在拉伸變形過程中，發生雙重增強效應。第一重增強為α相阻礙β相通過滑移塑性變形，增強β相。第二重增強為α相和β相阻礙非晶基體里剪切帶的擴展，使得非晶復合材料具有良好的拉伸強度和加工硬化能力。

技術領域

本發明涉及多相彌散狀Ti基非晶復合材料技術領域，具體為一種具有加工硬化能力和高斷裂韌性多相彌散狀Ti基非晶復合材料及其制備方法。

背景技術

非晶合金具有高強度、高硬度、高彈性極限和耐腐蝕性等一系列的優異性能，在工業、醫療器械、航空和體育器材等領域具有廣闊的應用前景。非晶合金雖然具有很多優異的性能，但其在室溫條件下，往往表現為脆性斷裂，極大地限制了非晶合金的廣泛應用。非晶合金在室溫條件下，其斷裂主要是由單一主剪切帶控制的脆性斷裂。因此，為了改善非晶合金的室溫塑性，目前主要方法是制備非晶復合材料，引入的晶態相阻礙剪切帶的快速擴展，激發更多的剪切帶萌生，改善材料的塑性。

目前非晶復合材料的制備方法主要分為原位內生晶態相增強非晶復合材料(內生型非晶復合材料)和外加晶態相增強非晶復合材料(外加型非晶復合材料)。內生型非晶復合材料又分為β型非晶復合材料和B2型非晶復合材料，他們的晶態相與非晶相都具有良好的兼容性，其力學性能明顯優于外加型非晶復合材料，如Zr-Ti-Nb-Cu-Be體系的內生型非晶復合材料的拉伸塑性為4％～12％，斷裂韌性為87～170MPa·m^1/2。但是內生型非晶復合材料的晶態相的體積分數等不易控制，大部分的β型非晶復合材料都缺乏明顯的加工硬化能力，對非晶合金的應用依然具有一定的限制。另外，β型非晶復合材料的強度、韌性和斷裂韌性等力學性能往往無法兼容，而結構材料的工程應用卻需要良好的綜合力學性能。開發具有良好的綜合力學性能的非晶復合材料成為一個迫切的任務。

Ti基非晶復合材料密度低，在航空航天等領域的應用備受青睞。目前文獻報道的Ti基非晶復合材料一般都是單一晶態相與非晶相組成的雙相非晶復合材料，如Ti-Zr-Al-Cu-Be體系的內生型非晶復合材料由內生β型枝晶相與非晶相組成。目前，關于Ti基非晶復合材料的斷裂韌性的報道比較少，是因為Ti基非晶合金內在原子結構因素導致其斷裂韌性不如Zr基非晶合金，Ti基非晶復合材料的斷裂韌性普遍低于40MPa·m^1/2。β型Ti基非晶復合材料的晶態相體積分數一般都大于50％，體積分數比較高的晶態相顯著降低非晶復合材料的強度和斷裂韌性。目前，報道的Ti₆₂Zr₁₅V₁₀Cu₄Be₉非晶復合材料具有良好的綜合力學性能，其拉伸屈服強度為1086MPa、抗拉強度為1089MPa，拉伸韌性為9.8％，斷裂韌性為61.6MPa·m^1/2，該非晶復合材料已成為具有良好綜合力學性能的Ti基非晶復合材料的標桿。但是，該非晶復合材料的強度較低，而且缺乏良好的加工硬化能力，其斷裂韌性也不如其他體系的非晶復合材料。在鈦合金材料里，單相β鈦合金或者單相α鈦合金的綜合力學性能往往不如β+α雙相鈦合金。因此，設計新型的β+α相增強Ti基非晶復合材料為改善非晶復合材料綜合力學性能提供新的路徑。

綜上所述，利用外加方法實現組成相的設計，制備雙相鈦合金增強Ti基非晶復合材料，其晶態相的體積分數可控且低于50％，具有良好的拉伸加工硬化能力和較大斷裂韌性，在結構材料領域的應用具有廣闊的前景。

發明內容