[发明专利]一种高强度高韧性枝晶增强钛基金属玻璃复合材料

说明书

技术领域

本发明属于金属玻璃及其复合材料领域，特别涉及一种高强度高韧性枝晶增强钛基金属玻璃复合材料。

背景技术

金属玻璃材料具有高强度、大弹性变形、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等优良性能，是一种潜在的优良结构材料。目前，金属玻璃材料已成功应用于高尔夫球头、棒球、网球拍等高端体育器材上。而且，由于其良好的耐磨性能和近终成型性能，也用作消费类电子设备的外壳。但金属玻璃在室温下的变形集中在很窄的一条或几条剪切带内，而且，剪切带一旦形成，即发生快速扩展，导致灾难性的破坏，拉伸延伸率几乎为零，压缩变形量也通常不超过2%。因此，金属玻璃的应用韧性较差，在宏观上表现出极大的脆性，这在一定的程度上限制了其在结构材料方面的应用。

为了解决金属玻璃的脆性问题，一种有效的方法是通过内生或外加形成第二相来阻止剪切带的扩展，减小剪切带的长度，增加剪切带之间、剪切带与增强相之间的交互作用，从而提高金属玻璃的韧性，使其具有一定的拉伸塑性。美国加州理工学院的William L. Johnson教授研发了一系列的ZrTi基枝晶增强金属玻璃复合材料。其中，枝晶增强锆基金属玻璃复合材料有Zr_56.2Ti_13.8Nb_5.0Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5 ，Zr_36.6Ti_31.4Nb₇Cu_5.9Be_19.1 ，Zr_38.3Ti_32.9Nb_7。3Cu_6.2Be_15.3 ，Zr_39.6Ti_33.9Nb_7。6Cu_6.4Be_12.5 ；枝晶增强钛基金属玻璃复合材料有Ti₄₄Zr₂₀V₁₂Cu₅Be₁₉ ，Ti₄₈Zr₂₀V₁₂Cu₅Be₁₅ ，Ti₅₆Zr₁₈V₁₀Cu₄Be₁₂ ，Ti₆₂Zr₁₅V₁₀Cu₄Be₉ ，Ti₆₀Zr₁₆V₉Cu₃Al₃Be₉ ，Ti₆₇Zr₁₁V₁₀Cu₅Al₂Be₅ 。上述枝晶增强金属玻璃复合材料都是通过添加β稳定元素Nb和V来获得具有体心立方结构的锆钛基枝晶相，这些枝晶增强复合材料均具有良好的拉伸变形能力，其拉伸塑性应变达到12.5%，并可以发生显著的颈缩现象，断面收缩率达到43%。虽然上述复合材料增塑效果显著，但是由于塑性固溶体相的强度远低于金属玻璃基体，因此，造成复合材料强度大幅下降，含Nb的枝晶增强金属玻璃复合材料的屈服强度最高为1500MPa，而含V的枝晶增强金属玻璃复合材料的屈服强度最高为1600MPa，两者均低于钛基金属玻璃基体的屈服强度1800 MPa。

目前，现有技术中尚无添加β稳定元素Mo的锆钛基枝晶增强金属玻璃复合材料，这主要是因为β稳定元素Mo的添加会严重影响金属玻璃的形成能力，虽然可以得到体心立方结构的锆钛基枝晶相，却无法获得非晶态的金属玻璃基体，因此，也就无法获得枝晶增强的锆钛基金属玻璃复合材料。

发明内容

本发明的目的是在钛基金属玻璃中，通过添加β稳定元素Mo，在保持钛基金属玻璃复合材料高韧性的同时，提高钛基金属玻璃复合材料的强度，提供一种高强度高韧性枝晶增强钛基金属玻璃复合材料。