[发明专利]提高强度和塑性的内生相钛基非晶复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及内生相钛基非晶复合材料领域，具体为一种提高强度和塑性的内生相钛基非晶复合材料及制备方法。

背景技术

钛基非晶合金密度较低，成本相对低廉，具有高强度、高硬度等优异的力学性能，在航空、航天、运动器材和医疗器械等领域中有着重要的应用。但由于剪切局域化和应变软化，大部分非晶合金的塑性变形具有局域剪切特性，在其变形过程中由于绝热剪切极易造成主剪切带周围区域材料软化，最终导致在软化剪切面上发生断裂，即呈现单一剪切带主宰的脆性断裂模式；在宏观上，由于变形发生在极小的区域内，表现为没有明显塑性变形的灾难性失效。

为了改善块体非晶合金的室温宏观塑性，通过调整成分和制备工艺在非晶合金基体上引入塑性晶态相，其中内生β相非晶合金因为具有良好的塑性变形能力而备受关注。具有不同强度和弹性模量的第二相，可以阻碍单一剪切带的滑移，促使多重剪切带的形成和滑移，使应力重新分布，这种方法是目前提高块体非晶合金塑性的一种有效方法。

2000年,Johnson小组的Hay《Microstructure controlled shear band pattern formation and enhanced plasticity of bulk metallic glasses containing in situ formed ductile phase dendrite dispersions》等人在Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金系中加入合金化组元Nb后,制备出了具有微米尺度β-Zr(Ti,Nb)固溶体和玻璃基体两相微观组织的Zr_56.2Ti_13.8Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5BMG复合材料。He G和Eckert J《Ductile dendritic phase reinforced Ti-base bulk metallic glass-forming alloys,Materials Research Society Symposium Proceedings》等人在Ti基非晶中加入高熔点的Nb、Ta、Mo、Zr元素，塑性变形量超过14％，极限强度达到2400MPa。2011年Qiao《Synthesis of plastic lightweight Ti-based metallic-glass-matrix composites by Bridgman solidification》等用Bridgman法成功制备出一种钛基(Ti₄₆-Zr₂₀V₁₂Cu₅Be₁₇)内生枝晶相增韧的非晶复合材料。同样通过调节抽拉速度改变其枝晶相的大小、体积分数和分布，最终得到强度高、塑性好的合金材料。

中国科学院金属研究所的专利《内生韧性相增强的Ti基非晶复合材料及其制备方法》(公开号：102296253A)中通过电弧熔炼和铜模喷住的方法制备的Ti_52.9Zr_34.5Ni_1.6Cu_4.2Be_6.8非晶复合材料的压缩断裂强度为1913MPa,压缩应变为14％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高强度和塑性的内生相钛基非晶复合材料及制备方法，通过严格控制制备工艺制备一种大尺寸块体钛基非晶复合材料。解决了钛基非晶合金塑韧性较差的同时还具有较高的抗压强度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种提高强度和塑性的内生相钛基非晶复合材料及制备方法，该材料由下列元素按原子比配比组成：

一种提高强度和塑性的内生相钛基非晶复合材料及制备方法，制备过程如下：

第一步，原料的配制

将配制好的原料依次在丙酮和酒精中超声清洗以保证原材料的洁净无杂质。

第二步，制备母合金锭

将配制好的原料置于水冷铜坩埚中，抽真空后充入惰性保护气体，熔炼过程中，先用小电流将未熔块体慢慢融化，再用大电流继续熔炼，为使成分混合均匀加入磁搅拌，制得母合金锭。

第三步，铜模喷铸法制备内生相钛基非晶复合材料

用铜模喷铸法制备内生相钛基非晶复合材料的设备包括加压密封装置、合金块、冷却铜模装置、感应加热线圈、石英管及喷嘴装置、密封腔体；