非晶和纳米结构钛合金研究进展.pdfVIP

第36卷 第5期 稀有金属材料与工程 Vbl．36．No．5 2007年 5月 RAREMETALMATERIALSANDENGINEERING Mav2007 非晶及纳米结构钛合金研究进展 何 国 (上海交通大学，上海2000301 摘要：综述了钛基大块非晶的成分一非晶形成能力的对应关系，总结了已知的钛基大块非晶的一次结晶相及力学性能， 并阐述了钛基大块非晶的塑性变形机制，以及造成低塑性的因素和改善塑性的方法，着重介绍了铸造纳米结构钛合金 的成分、组织和力学性能。通过精巧的成分设计，结合金属模铸造技术，制备出了直径小于5mm，并具有微米尺度肛Ti(M) nm～300 一次树枝晶相+纳米尺度棒状卢Ti／产TiCu共晶结构的复合组织，其中棒状肛Ti相尺寸在30nm范围；严Ticu共 晶基体相由小于10nm的晶粒或亚晶粒组成，这种多层次纳米结构的钛合金具有高强度，同时具有明显的延伸性。 关键词：钛合金；大块非晶；纳米材料；先进材料；力学性能 中图法分类号：TGl46．2+3 文献标识码：A 文章编号：1002．185x(2007)05．0753．06 钛合金材料在结构材料、功能材料、生物材料3 由于高临界冷却速率的限制，制备的非晶态金属或合 大领域都扮演了十分重要的角色，例如先进高强度钛 金材料主要是箔、丝、或粉末状态，直到20世纪80 合金材料、高强耐腐蚀材料、高弹形状记忆材料、生 年代末，Pd一和zr-基合金被发现具有低的临界冷却速 物体植入材料等等。除了传统的航空航天和海洋工程 率[3】，可以制备出三维尺寸大于毫米的大块样品，从 领域的应用，随着钛制造成本的降低，钛合金材料在 而出现了大块非晶研究领域。 汽车、建筑等民用工业领域的应用也越来越广泛。同 金属或合金存在几个特征温度点，即熔点温度 时技术经济的发展对钛合金材料性能的要求也越来越 ％，非晶形成温度正，晶化温度足。大量的研究表明， 高，现有的钛合金材料已不能满足飞速发展的航空航 合金的非晶形成能力与这些特征温度点有着对应的关 天以及汽车、建筑、海洋工程等技术发展的要求，需 系，一些经验的方法验证，瓦。=(墨／％)，4疋=疋一疋， 要发展新的高性能的钛合金材料。随着材料科学与技 术的不断发展，为研究新型高性能钛合金提供了可能， 律性，即非晶形成能力强的合金通常对应大的％，4足 例如纳米科学与技术、大块非晶技术、先进材料合成 或，，值[3，4】。表1所列是迄今发展的比较有代表性的钛 技术等。本文从钛合金材料微观结构的角度出发，分 基大块非晶成分及相应的特征温度值蟑~16‘。 析近年来先进钛合金材料一一钛基大块非晶及铸造纳 1．1 大块非晶形成的成分及结构条件 米结构钛合金材料的发展情况，并着重介绍了该领域 通常晶态结构比非晶具有更低的自由能，金属或 的主要研究结果。 合金从液态到固态的冷却过程中，倾向于发生结晶反 应，大块非晶合金容易在凝固过程中形成非晶。通过 1 钛基大块非晶 非晶结构原子的径向分布函数、原子距离和配位数的 金属非晶结构是指固态时其原子在三维空间无 实验测定和计算[1‘7】，证明从液态到形成非晶态，原子 序排列。并在一定温度范围内这种状态保持相对稳 结构几乎不发生变化，即非晶结构与液态结构具有相 定。 金属非晶结构由