[发明专利]一种多相弥散状Ti基非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多相弥散状Ti基非晶复合材料及其制备方法，该复合材料为一类含有多相非晶合金基复合材料，其中β相的化学组成为Ti_73~74Zr_13~14Ni_1~3Cu_1~3Mo_10~12，体积分数为36.1~39.1%；α相为纯Ti元素，体积分数为7.1~9.1%；剩余的为非晶相，其化学成分为Ti_38~40Zr_23~24Cu_8~9Ni_5~6Be_23~25。该非晶复合材料在拉伸变形过程中，发生双重增强效应。第一重增强为α相阻碍β相通过滑移塑性变形，增强β相。第二重增强为α相和β相阻碍非晶基体里剪切带的扩展，使得非晶复合材料具有良好的拉伸强度和加工硬化能力。

技术领域

本发明涉及多相弥散状Ti基非晶复合材料技术领域，具体为一种具有加工硬化能力和高断裂韧性多相弥散状Ti基非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金具有高强度、高硬度、高弹性极限和耐腐蚀性等一系列的优异性能，在工业、医疗器械、航空和体育器材等领域具有广阔的应用前景。非晶合金虽然具有很多优异的性能，但其在室温条件下，往往表现为脆性断裂，极大地限制了非晶合金的广泛应用。非晶合金在室温条件下，其断裂主要是由单一主剪切带控制的脆性断裂。因此，为了改善非晶合金的室温塑性，目前主要方法是制备非晶复合材料，引入的晶态相阻碍剪切带的快速扩展，激发更多的剪切带萌生，改善材料的塑性。

目前非晶复合材料的制备方法主要分为原位内生晶态相增强非晶复合材料(内生型非晶复合材料)和外加晶态相增强非晶复合材料(外加型非晶复合材料)。内生型非晶复合材料又分为β型非晶复合材料和B2型非晶复合材料，他们的晶态相与非晶相都具有良好的兼容性，其力学性能明显优于外加型非晶复合材料，如Zr-Ti-Nb-Cu-Be体系的内生型非晶复合材料的拉伸塑性为4％～12％，断裂韧性为87～170MPa·m^1/2。但是内生型非晶复合材料的晶态相的体积分数等不易控制，大部分的β型非晶复合材料都缺乏明显的加工硬化能力，对非晶合金的应用依然具有一定的限制。另外，β型非晶复合材料的强度、韧性和断裂韧性等力学性能往往无法兼容，而结构材料的工程应用却需要良好的综合力学性能。开发具有良好的综合力学性能的非晶复合材料成为一个迫切的任务。

Ti基非晶复合材料密度低，在航空航天等领域的应用备受青睐。目前文献报道的Ti基非晶复合材料一般都是单一晶态相与非晶相组成的双相非晶复合材料，如Ti-Zr-Al-Cu-Be体系的内生型非晶复合材料由内生β型枝晶相与非晶相组成。目前，关于Ti基非晶复合材料的断裂韧性的报道比较少，是因为Ti基非晶合金内在原子结构因素导致其断裂韧性不如Zr基非晶合金，Ti基非晶复合材料的断裂韧性普遍低于40MPa·m^1/2。β型Ti基非晶复合材料的晶态相体积分数一般都大于50％，体积分数比较高的晶态相显著降低非晶复合材料的强度和断裂韧性。目前，报道的Ti₆₂Zr₁₅V₁₀Cu₄Be₉非晶复合材料具有良好的综合力学性能，其拉伸屈服强度为1086MPa、抗拉强度为1089MPa，拉伸韧性为9.8％，断裂韧性为61.6MPa·m^1/2，该非晶复合材料已成为具有良好综合力学性能的Ti基非晶复合材料的标杆。但是，该非晶复合材料的强度较低，而且缺乏良好的加工硬化能力，其断裂韧性也不如其他体系的非晶复合材料。在钛合金材料里，单相β钛合金或者单相α钛合金的综合力学性能往往不如β+α双相钛合金。因此，设计新型的β+α相增强Ti基非晶复合材料为改善非晶复合材料综合力学性能提供新的路径。

综上所述，利用外加方法实现组成相的设计，制备双相钛合金增强Ti基非晶复合材料，其晶态相的体积分数可控且低于50％，具有良好的拉伸加工硬化能力和较大断裂韧性，在结构材料领域的应用具有广阔的前景。

发明内容