[发明专利]具有加工硬化能力的Ti-Zr-Cu-Be四元非晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有加工硬化能力的Ti‑Zr‑Cu‑Be四元非晶复合材料及其制备方法，该复合材料为一类含有枝晶相的非晶合金基复合材料，其中枝晶相的化学成分为Ti_59～60Zr_38～39Cu_1～3，体积分数5～95％，非晶基体的化学成分为Ti_33～34Zr_35～36Cu_8～9Be_21～24。其中，枝晶相具有变形诱发马氏体相变特性，使得复合材料在拉伸和压缩载荷作用下表现出高强度、大塑性和加工硬化等优异的综合力学性能，如拉伸载荷下具有显著加工硬化行为、塑性变形能力6～15％、强度1100～1900MPa。同时由于马氏体相变，通过循环加载可使复合材料在拉伸载荷下具有超弹性特征，如弹性变形可达2.7～3％。该复合材料化学组成简单、第二相的化学成分相对稳定，有利于复合材料的结构设计和可控制备。

技术领域

本发明涉及非晶复合材料技术领域，具体为一种具有加工硬化能力的Ti-Zr-Cu-Be四元非晶复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶复合材料是一类兼具非晶合金和晶态合金特性的先进金属材料，具有高强度的同时又由于含有的晶态相能够阻碍剪切带的扩展致其增殖而具有良好的塑性变形能力，受到了广泛的关注。从制备工艺角度，可以将非晶复合材料分为两大类：外加晶态相型和内生晶态相型非晶复合材料。从已有报道数据来看，内生韧性枝晶相非晶复合材料具有更为优越的力学性能，如内生枝晶相的Zr-Ti-Nb-Cu-Be系非晶复合材料的拉伸塑性～10％、拉伸强度1.2GPa～1.5GPa和断裂韧性～170MPa·m^1/2等。然而，从公开资料来看，由于枝晶相溶解了大量的β稳定元素，受载时加工硬化能力有限，导致这类复合材料在变形中表现出加工软化行为，过早出现颈缩现象。该变形特性严重地限制了其实际应用。为此，研制具有加工硬化能力和拉伸塑性的内生枝晶相非晶复合材料是当前该领域的热点问题。

非晶复合材料是一类两相构成的材料。对于基体非晶而言，从已有公开报道结果分析可知，其加工硬化能力具有显著的尺寸效应，仅当尺寸在纳米级时才能显示明显加工硬化能力；当尺寸更大时，塑性变形高度局域化的变形模式导致材料表现出加工软化现象。对于含有的晶态相而言，其加工硬化能力与其成分结构密切相关。为了改善非晶复合材料的加工硬化性能，目前大部分研究集中于改善晶态相加工硬化性能，如ZrCu基非晶复合材料中利用ZrCu相的形变诱发马氏体相变来改善复合材料的加工硬化能力，但这类材料的非晶形成能力相对较弱，仅能制备出几个毫米尺寸的样品，且第二相尺寸和分布对于制备工艺极度敏感，限制了其实际应用。相应策略也可以适用于含有枝晶相非晶复合材料，即通过形变诱发相变调控枝晶相的加工硬化能力，进而使复合材料受载时表现出加工硬化行为。但是如何调控第二相成分使其具有形变诱发马氏体相变特性是关键，也是该技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种具有加工硬化能力的Ti-Zr-Cu-Be非晶复合材料及其制备方法，该非晶复合材料在拉伸载荷下具有高强度、高塑性的同时具有显著的加工硬化行为，克服了以往报道的内生枝晶相型非晶复合材料的缺失“加工硬化”能力的问题。该非晶复合材料的发明不仅对于高性能非晶复合材料的设计与制备具有重要指导意义，而且对于非晶复合材料的实际应用具有重要推动作用。

本发明的技术方案是：