Ti/Mg基非晶双连续体复合材料的变形及其强韧化机理

本项目利用熔体浸渗法制备高性能的多孔Ti/Mg基非晶双连续体复合材料。通过深入系统地分析浸渗过程中凝固控制和多孔Ti结构特征对双连续体复合材料的界面结合状态和性能影响，确定出最佳的浸渗工艺，研究多孔Ti的结构特征如孔的形状、尺寸、密度、体积分数以及缺陷等与复合材料性能之间的内在关系；研究多孔Ti/Mg基非晶双连续体复合材料在室温和非晶合金过冷液态区的变形行为。通过本项目的实施，阐明双连续体复合材料中多孔材料特征与复合材料的相互作用关系，阐明双连续体复合材料的变形行为、强韧化和断裂机理，发展和丰富非晶复合材料的研究内容和基础理论。同时，新型多孔Ti/Mg基非晶双连续体复合材料的研究，对于Mg基非晶合金的应用有着积极的促进作用，为非晶复合材料提供了新的思路和理论依据，在基础理论和实际应用方面都具有重要意义。

块体非晶合金具有独特性能，作为一种结构材料具有巨大的应用潜力，但纯非晶在室温下的破坏总是瞬间发生，几乎无宏观塑性变形。为此，非晶复合材料成为一种改善其塑性的最佳而有效途径，在材料科学与工程领域受到了广泛关注。近年来，一种新型的各向同性双连续体复合材料，其既具有非晶相的高强度，又兼备多孔材料的优异塑性，为高性能非晶复合材料的开发提供了一种全新的思路。.本项目深入系统地分析了浸渗过程中凝固控制对双连续体复合材料界面结合状态和性能影响，确定出最佳浸渗工艺；研究了多孔Ti 的结构特征如孔的尺寸、体积分数与复合材料性能之间的内在关系；研究了多孔Ti/Mg 基非晶双连续体复合材料在室温和非晶合金过冷液态区的变形行为。结果表明，Mg基非晶合金与Ti金属在高温下的界面反应受体扩散控制，Mg基非晶合金与Ti的界面产物生长激活能Qk=176.76kJ/mol。此外MgCuAgEr非晶合金与Ti的界面反应受温度的影响显著，在制备双连续相Mg基非晶复合材料时，合金熔体浸渗温度不能超过630℃、保温时间不能超过4分钟。当采用610℃浸渗并保温2分钟时，成功制备出高性能多孔钛骨架增强Mg基非晶复合材料，其压缩断裂应变为31%，断裂强度为1.75GPa。多孔钛骨架的微观结构对双连续相Mg基非晶复合材料的力学性能具有显著的影响。复合材料屈服强度随多孔钛孔隙度的增加而增加，断裂强度和断裂应变都随多孔钛孔隙度的减小而增加。其原因是由于双连续体复合材料结构所导致的Mg基非晶合金的尺寸效应。在室温和-100℃时，双连续相非晶复合材料的屈服强度和断裂强度随应变速率的增加而增大，复合材料的断裂方式为剪切失效。动态压缩条件下，其压缩强度显著升高。在一定应变速率下，随着温度的升高，非晶复合材料的屈服强度随之降低。当温度升至非晶合金的过冷液相区内，非晶合金本身在过冷液态区所具有的粘滞流变特性使得复合材料的强度严重降低，但总应变量从20%升高到30%以上。.通过上述新型多孔Ti/Mg 基非晶双连续复合材料的研究，对于Mg 基非晶合金的应用有着积极的促进作用，为非晶复合材料提供了新的思路和理论依据，在基础理论和实际应用方面都具有重要意义。