一种高比强度轻质钛基非晶合金的制作方法

文档序号:3416428阅读:426来源:国知局
专利名称:一种高比强度轻质钛基非晶合金的制作方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备技术,特别涉及一种高比强度轻质钛基非晶合
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背景技术
钛合金通常指晶态合金,因具有比重小、强度高、比强度高、耐蚀性和耐磨性优异、 资源丰富等特点,已经广泛应用于航空、航天、化工、舰船等领域。固体材料内部原子呈长程无序堆垛排列特征,即为非晶态结构时,Ti基非晶合金材料的上述性能更加优异。因此Ti 基非晶合金是一类性能很好的高性能材料,并是极具发展潜力的结构材料。但相比ττ基、 Pd基、Mg基、Fe基等非晶合金系,Ti基非晶合金的非晶形成能力较小,能够制备出的块体非晶合金材料的临界尺寸较小。目前尺寸较大的Ti-Zr-Cu-Pd-Sn块体非晶合金的临界尺寸仅为10mm,Ti-Zr-Be-Cr块体非晶合金的临界尺寸仅为8mm,多数Ti基非晶合金的临界尺寸均小于5mm。因此,调整合金成分制备出具有大临界尺寸、性能更加优异的块体非晶合金材料很有必要。

发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种高比强度轻质钛基非晶合金,其具有较大的临界尺寸、高的比强度和综合力学性能较好的特点。本发明采用的技术方案如下一种高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于组成表达式为TiaZrbBeeAld,所述 a、b、c和d为原子百分数,其中,40彡a彡46,19彡b彡26,22彡c彡34,0彡d彡12,且 a、b、c、d 之和为 100。进一步所述组成表达式具体为Ti41^25Be5IxAlx,其中,0 < χ彡10,Ti的原子百分数为41,Zr的原子百分数为25,Be的原子百分数为M 34,Al的原子百分数为0 10。进一步所述组成表达式具体为Ti43_x&23+xBe29Al5,其中,0彡χ彡3,Ti的原子百分数为40 46,Zr的原子百分数为20 26,Be的原子百分数为29,Al的原子百分数为 5。进一步所述组成表达式具体为Ti41Zi^xBe534Alx,其中,0 < χ彡6,Ti的原子百分数为41 ;Zr的原子百分数为19 25 ;Be的原子百分数为34 ;Al的原子百分数为0 6。进一步按照所述组成表达式TiaZrbBeeAld的质量百分比进行合金配料的配置,在高真空和氩气保护条件下,将所述合金配料熔炼为母合金,将熔化后母合金吸铸或喷铸到铜模中,急冷得到钛基非晶合金。进一步所述钛基非晶合金的临界尺寸至少为2mm。进一步所述合金配料选用纯度为99. 4%钛棒、纯度为99. 7%锆棒。与现有Ti基非晶合金材料相比较,本发明的有益效果包括1、选用轻质铝元素作为添加元素,使非晶形成能力和力学性能的得到改善,并使
3该非晶合金具有高比强度。2、本发明制备出的非晶合金材料,具有较大的临界尺寸和综合力学性能较好的特
点ο3、使用较低纯度的合金配料(如钛Ti和锆Zr)代替相应高纯合金配料,有利于降低生产成本。4、采用现有主流工艺,简单易行,有利于广泛应用。5、禾Ij用本发明获得的钛基非晶合金具有较低的比重和约4. OX 105Nm/kg以上的比强度。


图1为Ti41Zr25Be32A12非晶合金的X射线衍射图谱;图2为Ti41Zr25Be30A14非晶合金的X射线衍射图谱;图3为Ti41Zr25Be29A15非晶合金的X射线衍射图谱;图4为Ti41Zr25Be28A16非晶合金的X射线衍射图谱;图5为Ti41Zr25Be26A18非晶合金的X射线衍射图谱;图6为Ti41Zr25Be24A110非晶合金的X射线衍射图谱;图7为Ti40Zr26Be29A15非晶合金的X射线衍射图谱;图8为Ti43Zr2;3Be29A15非晶合金的X射线衍射图谱;图9为Ti46Zr20Be29A15非晶合金的X射线衍射图谱;图10为Ti41Zr25-XBe34AlX非晶合金的X射线衍射图谱;图11为各实施例非晶合金的热分析曲线,包括图11(a)、图11(b)和图11(c);图12为各实施例非晶合金的单轴压缩应力应变曲线,包括图12(a)、图12(b)和图 12(c)。
具体实施例方式本发明高比强度轻质钛基非晶合金,其组成表达式为TiaZrbBe。Ald,a、b、c、d均为原子百分数,40彡a彡46,19彡b彡26,22彡c彡34,0彡d彡12,且a、b、c、d之和为100。 上述钛基非晶合金,通过添加适量的铝(Al)元素、调整钛(Ti)和锆(Zr)元素的比例,可显著提高屈服强度和比强度(此处比强度采用“压缩屈服强度/密度”进行计算)。钛基非晶合金TiaZrbBeeAld可以是Ti41&25Bii34_xAlx,其中,0 < χ彡10,Ti的原子百分数为41,Zr的原子百分数为25,Be的原子百分数为M 34,A1的原子百分数为0 10 ;或者,钛基非晶合金TiaZrbBeeAld可以为Ti43_xZr23+xB%9Al5,其中,0彡χ彡3,Ti的原子百分数为40 46, Zr的原子百分数为20 ^5,Be的原子百分数为29,Al的原子百分数为5 ;或者,钛基非晶合金TiaZrbBeeAld为Ti41Zr25_xBe34Alx,其中,0 < χ彡6,Ti的原子百分数为41, Zr的原子百分数为19 25,Be的原子百分数为34,Al的原子百分数为0 6。上述钛基非晶合金临界尺寸大,至少为2mm。高比强度轻质钛基非晶合金TiaZrbBeeAld的制备方法,是按照下列步骤进行的1、按通式TiaZrbBeeAld组成转换成质量百分比进行合金配料配置,其中,a、b、c、d 均为原子百分数,40 ^ a^ 46,19 ^b ^ 26,22 ^ c ^ 34,0 ^ d^ 12,且 a、b、c、d 之和
4为 100 ;2、在高真空和氩气保护条件下,将所述合金配料熔炼为母合金;3、将熔化后母合金吸铸或喷铸到铜模中,急冷得到钛基非晶合金。下面参考附图和优选实施例,对本发明的技术方案做进一步详细描述。实施例1制备Ti41^25Be32Al2块体非晶合金材料第一步,将合金配料按Ti41^25Be32Al2的原子百分比成分转化为质量百分比,用精确度0. OOOlg的高精度天平计量合金配料,选取纯度为99. 4%的钛棒、纯度为99. 7%的锆棒、纯度为99. 99%的铍块和纯度为99. 99%的铝片进行合金配料配置。采用较低纯度的钛棒和锆棒代替相应高纯合金配料,有利于节约生产成本。第二步,在高真空和氩气保护条件下,将上述合金配料通过电弧熔炼或感应熔炼制备母合金锭。第三步,将熔化后母合金吸铸或喷铸到铜模中,急冷得到钛基非晶合金棒材、板材或其他形状样品。第四步,检测钛基非晶合金的非晶态结构和热力学性能数据。采用本优选方式,制备的钛基非晶合金棒直径至少为5mm。以下为测试结果,如图1所示,采用X射线衍射表征钛基非晶合金样品的非晶态结构,所制备的钛基非晶合金样品具有非晶态结构;如图11. (a)和表1所示,采用差热扫描量热仪(DSC)测合金的热力学性能数据,其非晶转变温度1; = 6181(,起始晶化温度TX = 67;3K, 过冷液相温度区间ΔΤ = 55Κ。表1为各实施例非晶合金的热力学性能数据及非晶形成临界尺寸
权利要求
1.一种高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于组成表达式为TiaZrbBeeAld,所述a、 b、c和d为原子百分数,其中,40彡a彡46,19彡b彡26,22彡c彡34,0彡d彡12,且a、 b、c、d之和为100。
2.如权利要求1所述的高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于所述组成表达式具体为Ti41&25Bi334_xAlx,其中,0 < x^ 10, Ti的原子百分数为41,Zr的原子百分数为25,Be 的原子百分数为M 34,Al的原子百分数为0 10。
3.如权利要求1所述的高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于所述组成表达式具体为Ti43_x&23+xBe29Al5,其中,0彡χ彡3,Ti的原子百分数为40 46,Zr的原子百分数为 20 26,Be的原子百分数为29,Al的原子百分数为5。
4.如权利要求1所述的高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于所述组成表达式具体为Ti41Zr25_xB%4Alx,其中,0 < χ彡6,Ti的原子百分数为41 ;Zr的原子百分数为19 25 ; Be的原子百分数为34 ;Al的原子百分数为0 6。
5.如权利要求1所述的高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于按照所述组成表达式TiaZrbBecAld的质量百分比进行合金配料的配置,在高真空和氩气保护条件下,将所述合金配料熔炼为母合金,将熔化后母合金吸铸或喷铸到铜模中,急冷得到钛基非晶合金。
6.如权利要求5所述的高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于所述钛基非晶合金的临界尺寸至少为2mm。
7.如权利要求5所述的高比强度轻质钛基非晶合金,其特征在于所述合金配料选用纯度为99. 4%钛棒、纯度为99. 7%锆棒。
全文摘要
本发明公开了一种高比强度轻质钛基非晶合金,组成通式为TiaZrbBecAld;a、b、c、d均为原子百分数,40≤a≤46,19≤b≤26,22≤c≤34,0≤d≤12,且a、b、c、d之和为100。本发明具有较大的临界尺寸、高的比强度和综合力学性能较好的特点,适用于航空航天等诸多领域。
文档编号C22C45/10GK102268618SQ20111021891
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者姚可夫, 龚攀 申请人:清华大学
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