一种高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金及其制备方法

本发明涉及钛合金领域，尤其是一种高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金及其制备方法。

背景技术：

1、精密仪器通常依赖于高度准确的电阻性能，如果仪器中组成材料电阻受到温度变化的影响而发生变化，会电信号不稳定，影响信号准确性。因此，具有极低电阻温度系数的材料在精密仪器领域十分重要。

2、参见金属材料权威数据库https://www.nessengr.com/techdata/metalresis.html，常规钛合金的电阻温度系数(tcr)约为350ppm/k。并且，传统钛合金的电阻随温度剧烈波动，不具备低电阻温度系数(参见文献：materials properties handbook:titanium alloys[m].asm international,1993)。

3、相关领域中获得低电阻温度系数合金材料的惯用技术为薄膜材料制备及复合物组分配比的调节，例如：将钴锗合金制备成薄膜(公开号cn113481484a)，将镍铬硅合金制备成薄膜(公开号cn106435478a)，制备玻璃与陶瓷复合材料并调节陶瓷组分(公开号cn207663866u)，制备fega合金并调节ga含量(公开号cn103214246a)等，制备钛合金并调节时效热处理制度(公开号cn115627381a)，均不涉及nb、zr、sn、o的成分调控、热加工工艺、升温、冷却、保温工艺的共同作用对电阻温度系数的调控作用。同时，上述技术方案提供的低电阻温度系数材料不具备高强度，限制了此类材料的应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金及其制备方法，解决目前不存在相关技术能够提供同时具有高强度与极低电阻温度系数的钛合金材料的问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金，按质量百分比计，zr的含量为3.8～4.2％，nb的含量为23.8～24.2％，sn的含量为7.8～8.2％，氧的质量分数为0.05～0.4％，ti余量。

4、所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，通过以下步骤依次进行：

5、步骤1：调控合金稳定性，使合金中nb的质量百分数为23.8～24.2％；

6、步骤2：抑制合金亚稳相的产生，使合金中zr的质量百分数为3.8～4.2％，sn的质量分数为7.8～8.2％，氧的质量分数为0.05～0.4％；

7、步骤3：真空熔炼；

8、步骤4：热锻开坯，开坯温度控制在600～1200℃；

9、步骤5：冷却，控制冷却速率为10～50℃/分钟，冷却至20℃；

10、步骤6：热加工，热加工温度控制在400～800℃；

11、步骤7：保温处理，在300～700℃保温处理5～15分钟；

12、步骤8：热加工，热加工温度控制在200～500℃；

13、步骤9：保温处理，在200～400℃保温处理20分钟；

14、步骤10：冷却，控制冷却速率为0.1～1℃/秒，冷却至20℃；

15、步骤11：升温，控制升温速率为5～10℃/秒，升温至α相变温度以下100～300℃；

16、步骤12：保温，保温5～720分钟；

17、步骤13：降温，控制冷却速率为0.1～1℃/秒，冷却至20℃；

18、步骤14：保温，保温24～48小时；

19、步骤15：降温，控制降温速率2～4℃/分钟，降温至零下-260℃；

20、步骤16：升温，控制升温速率2～4℃/分钟，升温至80℃；

21、步骤17：降温，控制降温速率10～30℃/分钟，降温至20℃；

22、步骤18：得到高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金。

23、所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，步骤6中，热加工为热轧制加工，变形量为20～60％。

24、所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，步骤7中，热加工为热轧制加工，变形量为10～50％。

25、所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，步骤7的保温温度大于步骤8的热加工温度，在步骤7后，控制冷却速率为5～25℃/分钟，冷却至热加工温度并进行热加工。

26、所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，步骤18中，高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金在-260～80℃范围内的电阻温度系数为-50～50ppm/k。

27、所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，步骤18中，高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的抗拉强度为900～1350mpa。

28、本发明的作用原理如下：

29、本发明通过成分限定、加工工艺调控的共同作用下，调控了钛合金的电磁学性能。通过限定成分只含有ti、nb、zr、sn、o，使合金能在本技术方案下产生特殊的调制分解结构(附图1)。通过后续升温、冷却、保温工艺的限定，起到了调控调制分解结构的电阻温度系数与晶格错配度的效果，进一步地影响了合金整体电阻温度系数并提升了合金的强度。本技术中对电阻温度系数调控起作用的组织稳定性严格依赖于加工温度、保温温度/时间、冷却速度，因此冷加工、固溶处理、水淬等步骤会破坏合金中对电阻温度系数调控起作用的组织，使合金无法获得低电阻温度系数性能，因此制备方案不能含有冷加工、固溶、水淬等工艺。

30、另外，在真空熔炼过程中，控制氧的质量分数为0.05～0.4％，其作用在于：优化合金电磁学性能，抑制后续合金热加工过程中高电阻析出相的产生。

31、本发明的有益效果如下：

32、1.本发明提供了一种性能优异的钛合金材料，在-260～80℃范围内具有-50～50ppm/k的极低电阻温度系数，有效的解决了精密器件领域对于低电阻温度系数的需求；

33、2.本发明提供了一种低电阻温度系数材料的制备方法，该方法不含冷加工、固溶处理、水淬等复杂步骤，因此简化了低电阻合金材料的制备流程，提高了制备效率；

34、3.本发明提供的钛合金材料同时具备高强度与低电阻温度系数，解决了目前低电阻温度系数材料强度不高的问题。

技术特征：

1.一种高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金，其特征在于，按质量百分比计，zr的含量为3.8～4.2％，nb的含量为23.8～24.2％，sn的含量为7.8～8.2％，氧的质量分数为0.05～0.4％，ti余量。

2.一种权利要求书1所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，其特征在于，通过以下步骤依次进行：

3.按照权利要求书2所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，其特征在于，步骤6中，热加工为热轧制加工，变形量为20～60％。

4.按照权利要求书2所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，其特征在于，步骤7中，热加工为热轧制加工，变形量为10～50％。

5.按照权利要求书2所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，其特征在于，步骤7的保温温度大于步骤8的热加工温度，在步骤7后，控制冷却速率为5～25℃/分钟，冷却至热加工温度并进行热加工。

6.按照权利要求书2所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，其特征在于，步骤18中，高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金在-260～80℃范围内的电阻温度系数为-50～50ppm/k。

7.按照权利要求书2所述的高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的制备方法，其特征在于，步骤18中，高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金的抗拉强度为900～1350mpa。

技术总结
本发明涉及钛合金领域，尤其是一种高强度极低电阻温度系数钛铌锆锡合金及其制备方法。按质量百分比计，Zr的含量为3.8～4.2％，Nb的含量为23.8～24.2％，Sn的含量为7.8～8.2％，氧的质量分数为0.05～0.4％，Ti余量。本发明通过成分限定、加工工艺调控的共同作用下，调节了钛合金稳定性与组成相的相稳定性，使合金产生特殊调制分解结构，通过后续升温、冷却、保温工艺的限定，调控调制分解结构的电阻温度系数与晶格错配度，从而起到调控合金整体电阻温度系数与强度的作用。从而，解决目前不存在相关技术能够提供同时具有高强度与极低电阻温度系数的钛合金材料的问题。

技术研发人员：宫得伦,郝玉琳,杨锐
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17