微纳米结构Ti/Mg双连续相复合材料的可控制备及力学性能研究

Interpenetrating phase composite is a kind of new composite with special microstructure. Ti-Mg system material is regarded as a new structural and functional material with excellent mechanical properties and functionality. In this project, the method of dealloying in metallic melt will be used to prepare micro-nano structured Ti/Mg interpenetrating phase composite with controllable microstructure by immersing the Cu-Ti alloy precursor into Mg melt. The in-situ observation of the preparation process of the composite using dealloying in metallic melt method will be simulated in order to analyze the effects of melt temperature, time and alloy precursor composition on the structure size of the composite. The microstructure of this composite will be characterized in order to analyze the structure and interface of the Ti and Mg phases. Researches on its static and dynamic loads mechanical properties and high temperature creep resistance will be performed in order to analyze the effects microstructure morphology and size on its mechanical properties of this composite. Structure morphology changed and interactions of two phases will be studied using the method of in-situ tensile. The purposes of this project are to elucidate the Regulatory mechanisms of microstructure and the influencing mechanisms of microstructure on the mechanical properties and to realize the controllable preparation of the microstructure and effective regulation of the mechanical properties of this micro-nano structured Ti/Mg interpenetrating phase composite.

双连续相复合材料是一种具有特殊微观结构的新型复合材料。Ti-Mg体系材料被认为是一种具有优异力学性能和功能性的新型结构功能一体化材料。本项目采用金属熔体去合金化的方法，将Cu-Ti前驱体合金浸入Mg熔体中，制备微观结构尺寸可控调节的微纳米结构Ti/Mg双连续相复合材料。通过模拟原位观察金属熔体去合金化制备复合材料的过程，分析熔体温度、反应时间和前驱体合金成分对复合材料结构尺寸的影响。表征该复合材料的微观结构，分析复合材料中Ti、Mg两相的结构和界面。研究静动载荷作用下材料的力学性能和高温抗蠕变性能，分析微观结构和尺寸对其力学性能的影响。采用原位拉伸的方法，研究复合材料的组织形貌变化和两相交互作用。项目预期将阐明微纳米结构Ti/Mg双连续相复合材料的微观结构调控机制和微观结构对其力学性能的影响机制，实现对该复合材料的微观结构可控制备和力学性能的有效调控。

互贯穿双金属连续相复合材料是一种具有特殊微观结构的新型复合材料。该材料的每个相在整个三维空间中拓扑连续，并且具有独特的双相互锁结构，因而被认为可以大幅提高材料的强韧性、耐磨性、减震能力及高温性能等。尽管具有互贯穿相结构的材料在自然界中普遍存在，比如动物骨骼等，但人工制备出高质量的该类复合材料仍然比较困难。本项目通过液体金属去合金化的方法，制备了具有微纳米结构的双金属连续相复合材料，并对所制备的材料的结构特征进行表征和力学性能测试，旨在研究该结构特征对材料力学性能的影响，为其应用打下基础。. 本项目在执行过程中对原材料体系进行了拓展，深入研究了对去合金化过程中的结构演化特征，双金属连续相复合材料的结构表征和描述，及该结构特征对材料力学性能的影响，取得以下主要研究成果：1) 发现在液体金属熔体去合金化过程中，脱合金相的溶解和多孔相的粗化是一个同时发生的过程，更低熔点的金属熔体可以获得更细小和稳定的组织结构。2) 对双金属连续相复合材料的结构进行了表征，提出了一个结构特征模型来描述该材料所具有的相与相之间互锁的同时晶粒与晶粒之间也互锁的结构特征。3) 对材料的拉伸性能进行了测试，发现该材料的特殊结构能够同时提高材料的拉伸强度和塑性。4) 发现该材料中微纳米尺寸的多孔相能够产生几何诱导应变硬化现象。. 通过本项目的研究，不仅为我们提供了一种制备难混溶体系材料的新方法，而且研究结果表明，所制备得双金属连续相复合材料是一种具有优异力学性能的新型材料。本工作的开展，也为金属材料强塑性能的研究提供了新的视角。.