[发明专利]一种Ti基非晶合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti基非晶合金复合材料，属于非晶合金复合材料领域和Ti合金领域。这种Ti基非晶合金复合材料与传统Ti合金以及传统非晶合金内生复合材料具有明显不同的特征。其新颖特征在于：(1)在冷却过程中，亚稳β‑Ti晶粒内部产生双凸透镜状非晶相；(2)透镜状非晶相沿<110>_β和<001>_β方向分布；(3)非晶区域中有些没有坍塌的β‑Ti直条，沿<111>_β或<112>_β方向分布；(4)这种微观结构只存在于很窄范围的亚稳β合金成分中：(Ti_1‑yZr_y)_100‑3.9x(Cu_2.3M_1.6)_x，0.8<x<1.5，0.35<y<0.4，其中M为Fe、Co或Ni。具有这种微观组织的Ti基合金具有良好的潜在应用。

技术领域

本发明涉及非晶合金内生复合材料和Ti基合金技术领域，具体涉及一种Ti基非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶内生复合材料的形成是通过合金熔体在快速凝固过程中原位析出晶态相，并且剩余液相被冻结为连续的非晶基体。根据原位析出晶态相种类的不同，目前开发的非晶内生复合材料可以分为两类：β-型非晶内生复合材料和B2-型非晶内生复合材料。β-型非晶内生复合材料的微观组织是原位析出β-Ti/Zr相(一般呈枝晶状)分布在Ti/Zr基非晶合金连续基体之中。B2-型非晶内生复合材料的微观组织是原位析出B2-CuZr相(一般呈球形)分布在CuZr基非晶合金连续基体之中。由于块体非晶合金的塑性形变集中在局域化的剪切带中，块体非晶合金大都无明显宏观塑性，所以具有连续非晶基体的非晶内生复合材料通常塑性较差，特别是拉伸塑性很差。

另一方面，亚稳β-Ti合金(体心立方结构)在从β相区冷却过程中，由于体心立方晶格在热力学上的不稳定性，导致发生马氏体相变产生α′相或α″相。α′马氏体或α″马氏体大都呈板条或者双凸透镜状分布在亚稳β-Ti合金基体之中。这种α′或α″马氏体组织对亚稳β-Ti合金的力学性能具有重要影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti基非晶合金复合材料及其制备方法，通过控制材料化学成分及制备工艺，使得亚稳β-Ti晶粒内部产生呈透镜状非晶相，具有这种微观组织的非晶合金复合材料具有良好的潜在应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种Ti基非晶合金复合材料，该复合材料的化学成分按原子百分比设计为：(Ti_1-yZr_y)_100-3.9x(Cu_2.3M_1.6)_x，其中：0.8<x<1.5，0.35<y<0.4；M为Fe、Co或Ni；该复合材料的化学成分按原子百分比设计优选为：(Ti_1-yZr_y)_100-3.9x(Cu_2.3M_1.6)_x，其中：0.9<x<1.3，y＝0.385。

该复合材料是由透镜状非晶相和β-Ti基体组成，透镜状非晶相分布在β-Ti晶粒内部，并沿着<110>_β和/或<001>_β方向分布。一些透镜状非晶相中存在β-Ti直条，β相直条与β相基体取向基本一致，沿<111>_β和/或<112>_β方向分布。该复合材料中非晶相与β-Ti基体化学成分相同。

上述具有新的微观组织的Ti基非晶合金复合材料的制备方法包括以下两种方式：