[发明专利]一种氧调制相变的非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料技术领域，公开一种氧调制相变的非晶复合材料及其制备方法。该复合材料的主要化学组成为Ti_aZr_bNi_cCu_dBe_eO_f，其中a、b、c、d、e和f为对应元素的原子百分比，31≤a≤63，26≤b≤40，0.1≤c≤6，1≤d≤10，1≤e≤22，0.1≤f≤6，且a+b+c+d+e+f＝100；该材料为一类具有形变诱发马氏体相变的非晶复合材料。方法主要是熔炼时向合金中添加金属M的氧化物实现O元素的添加，M为Ti、Zr、Cu中的一种或多种。O元素的添加可以有效调制形变诱发马氏体相变的动力学特征和分布形态，从而使该非晶复合材料表现出高强度、大塑性和良好的加工硬化能力等优异的综合力学性能。本发明对非晶合金及其复合材料的工业生产和实际应用具有重要指导意义。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体为一种氧调制相变的非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金因其长程无序、短程有序的结构特征而具有很多优异的性能，如高强度，高硬度，高弹性极限，良好的耐蚀性等。但非晶合金依靠高度局域化的剪切带变形，且其均匀的结构造成剪切带一旦萌生就快速扩展并贯穿整个样品发生脆性破坏。研究人员为了提高非晶合金的塑性，借鉴晶态材料中添加第二相阻碍位错运动理念，通过向均匀的非晶基体中添加结构不均匀的晶态第二相而设计出一类非晶复合材料。通过优化晶态相的尺寸、分布、取向等因素，提高第二相对剪切带拦截的有效性，从而使非晶复合材料表现出了可观的拉伸塑性。但传统的非晶复合材料往往表现出加工软化现象，这就极大的限制了非晶复合材料的发展和应用。近年来，具有形变诱发相变行为的非晶复合材料因其良好的拉伸塑性和加工硬化能力而成为材料领域研究的热点。研究人员将塑性变形能力的提高和加工硬化能力的出现归结为形变诱发相变行为和剪切带在变形过程中的交互作用。而形变诱发相变行为的动力学特征和分布状况是影响非晶复合材料力学性能的重要因素。

TiZrNiCuBe内生枝晶相增强非晶复合材料是一种典型的具有形变诱发相变行为的非晶复合材料。其铸态组织为体心立方结构的β枝晶相均匀分布在非晶相基体上。在变形过程中枝晶相会发生由β相向正交结构的α”相转变的马氏体相变。相变起始于变形的弹性变形阶段，并持续至复合材料的塑性变形阶段。相变的发生会造成非晶复合材料内部应力由枝晶相向非晶基体相转移，从而利于非晶相中剪切带的形核和多重剪切带的萌生。也就是说相变的发生发展以及分布状态会显著影响非晶复合材料的变形过程。但是，通过何种手段来调控马氏体相变的特性，以达到同时提高非晶复合材料强度和塑性变形能力的目的，是该技术领域亟待解决的问题。

O元素的添加无论在传统晶态材料还是非晶材料中均有先例。在Ti合金中，O作为α相的强稳定元素，通过添加O元素抑制β相的析出，从而获得TA系Ti合金。在非晶复合材料中，O元素作为一种固溶元素，通过固溶效果达到强化晶态相的目的，进而改善非晶复合材料的性能。而在当前工作中，O元素的添加是从全新的角度去调节材料的力学性能。添加O元素可以有效的调节TiZrNiCuBeO非晶复合材料中形变诱发相变行为的动力学特征和分布规律，从而有效调节复合材料中的应力分配，进而促进非晶基体中剪切带的萌生和多重剪切带的形成，最终达到提高力学性能的目的。

发明内容

本发明提供了一种氧调制相变的非晶复合材料及其制备方法，通过在TiZr基非晶复合材料中添加不同含量的O元素，使其在受载过程中的β→α”马氏体相变过程可控，以达到同时提高非晶复合材料强度和塑性变形能力的目的。

本发明的技术方案是：