燕山大学马明臻教授：钛基非晶合金复合材料的制备及组织性能研究

编辑：admin 2025-07-23 浏览：143 次

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块体非晶合金具有高强度、高硬度、高弹性极限、高断裂韧性、较低的密度、在特定的过冷液相区范围具有超塑性变形能力以及耐摩擦磨损、耐腐蚀、无磁性等优异的力学和理化性能，使其在航空航天、汽车工业、电子消费领域，展现了良好的工业应用前景。

然而，块体非晶合金的无序结构，使其在室温下塑性变形能力极小，其变形过程通常表现为高度局域化的剪切带形式。

大量变形集中于剪切带中，使剪切带内材料发生软化，使其极易在剪切带处发生破坏，具有显著的室温脆性特征。

以典型的Vot1块体非晶合金为例，在室温压缩条件下塑性变形不超过2%，在拉伸条件下塑性变形则几乎为零。

由于非晶合金的室温脆性和无预警的破坏方式使其高强度、高断裂韧性等优异的力学性能在服役过程中无法充分发挥，因而使其商业应用受到极大地限制。

为了改善块体非晶合金的室温变形能力，人们通过向块体非晶合金中加入具有变形能力的第二相，使块体非晶合金的剪切带在扩展传播过程中受到阻碍，从而进行增韧。

较早报道的是用钨丝和不锈钢丝增韧的块体非晶合金复合材料。

该报道采用液态浸渗法将金属钨丝或不锈钢丝与块体非晶合金复合在一起，获得的复合材料在压缩时得到了接近18%的塑性应变。

此后，通过向非晶合金基体中加入连续金属纤维或延性金属颗粒以及陶瓷颗粒进行增韧块体非晶合金的研究工作也被相继报道。

虽然采用外加第二相进行增韧块体非晶合金可以有效的改善其室温变形能力，但外加增韧相时不可避免的会存在表面污染，因此会对增韧相与非晶基体的界面结合强度以及非晶形成能力产生不利影响。

为了克服块体非晶合金复合材料外加增韧相表面已被污染的弊端，将原位自生颗粒增强金属基复合材料的制备方法，引入到块体非晶合金复合材料的制备技术中。

2000年，KATO等通过在合金中添加C颗粒原位反应合成ZrC颗粒增强非晶复合材料，获得了良好的塑性增强。

随后相继有原位自生相树枝晶增韧锆基块体非晶合金复合材料、原位自生 -La相树枝晶增韧镧基块体非晶合金复合材料、原位自生反应合成TiC与 -Ti树枝晶增韧铜基块体非晶合金复合材料以及原位自生TiB粒子增韧铜基块体非晶合金复合材料被报道，这种原位自生第二相增韧块体非晶合金复合材料的力学性能和变性能力都得到了显著的提高和改善，但基本都是以压缩或弯曲方式进行强度与塑性的表征。

2008年，等，用原位内生法制备的体系块体非晶合金复合材料。

通过成分控制在非晶合金基体中原位生成树枝晶增韧相，获得的拉伸塑性高达12%，该工作发表在当年的杂志上，这是真正意义上表征的块体非晶合金复合材料的塑性变形。

近年来，尽管对原位自生第二相增韧钛基非晶合金复合材料的成分设计、力学性能、变形行为、断裂机制以及摩擦磨损和腐蚀行为均由相关的研究与报道，但仍然有许多问题需要进行研究和探索。

以非晶形成能力较大的Ti33....39块体非晶合金作为基体，通过调整Nb元素的含量以及改变非晶合金体系中不同元素的原子比，制备原位内生树枝晶增韧钛基非晶合金复合材料。

体统分析不同Nb元素含量对其微观组织结构、力学性能以及室温变形行为的作用与影响。

2021年，燕山大学马明臻教授将参加“
第十八届全国特种铸造及有色合金学术年会、第十二届全国铸造复合材料学术会议
”，并将作题为：“
钛基非晶合金复合材料的制备及组织性能研究
”的报告。

报告人及报告简介马明臻
马明臻，工学博士，博士生导师/二级教授，享受国务院政府特殊津贴专家。

燕山大学，亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室/材料科学与工程学院。

主要从事块体非晶合金及其复合材料的成分设计、玻璃形成性能力、组织性能调控以及块体非晶合金铸造成形的应用研究。

发表学术论337篇，被SCI检索276次，被引用4106次；获得国家级、省部级科技奖励5项。

研究方向：
块体非晶合金及其复合材料的制备技术、组织性能表征与应用研究。

拟报告摘要：
以/-x合金体系为研究对象，制备了4个成分的原位内生相树枝晶增强钛基非晶合金复合材料。