一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其製備方法

2023-12-07 23:38:31 1

一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其製備方法
【專利摘要】本發明屬於非晶態合金材料，特別涉及一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其製備方法。本發明Ti基非晶合金的組成為TiaZrbBecCud或TiaZrbBecNid，其中a，b，c，d均為原子百分比，41≤a≤60，15≤b≤26，15≤c≤36，0<d≤16，且a，b，c，d之和為100。本發明Ti基非晶合金的製備方法如下：將該Ti基非晶合金組成中的原子比換算成質量百分比，稱量配置原料；將原材料在高真空和氬氣保護條件下用電弧熔煉或感應熔煉方法製備母合金錠；再在高真空和氬氣保護條件下，採用電弧熔煉或感應熔煉等方法將母合金錠熔化後直接吸鑄、噴鑄或澆鑄到具有不同內腔尺寸的模具中，製備得到Ti基非晶合金。本發明提出的Ti基體系合金具有很強非晶形成能力和大的非晶合金臨界尺寸的特點。
【專利說明】-種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於非晶態合金材料，特別設及一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金 及其製備方法。

【背景技術】
[0002] 塊體非晶合金呈近程有序遠程無序的隨機密堆結構，沒有位錯、晶界等缺陷，使其 具有高強度、高硬度、高彈性性能等優異力學性能，同時還具有優異的耐磨性，耐腐蝕性能， 磁學性能等功能性能，因此塊體非晶合金近年一直是材料研究領域的熱點。其中，Ti基非 晶合金因其質量輕、強度高、耐蝕性能、一定的室溫壓縮塑性等優點，從而有著廣泛的應用 前景和使用價值。同時，簡單的非晶合金組成和製備工藝也非常有利於實際的工業化應用。
[0003] 制約Ti基非晶合金廣泛應用的瓶頸之一是其非晶形成能力有限，因此，設計成分 簡單、擁有強非晶形成能力的Ti基非晶合金，製備出大尺寸的Ti基非晶合金有著極為重要 的意義。目前，在Ti基S元合金體系中，Ti-Zr-Be體系的非晶臨界尺寸可達6mm ;而Ti基 四元合金體系中，只有Ti-Zr-Be-Fe和Ti-Zr-Be-Ag兩個合金體系具有10mm的非晶臨界尺 寸。因此，開發簡單組成，具有強非晶形成能力的合金體系尤為重要。


【發明內容】

[0004] 本發明通過合金成分設計，提出了二中Ti基四元合金體系，其具有強非晶形成能 力，可W採用銅模鑄造法製備出四元Ti基塊體非晶合金。該些合金元素組成簡單，組成元 素含量範圍較寬，部分塊體非晶合金具有大於10mm的非晶臨界尺寸。
[0005] 針對現有技術不足，本發明提供了一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其 製備方法。
[0006] 一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，該Ti基非晶合金的組成為TiaZrbBe。化d 或TiaZrbBecNid，其中a, b，C，d均為原子百分比，41《a《60,15《b《26,15《C《36， 0<d《16,且 a, b，c，d 之和為 100。
[0007] 所述 TiaZrbBecCUd的具體表達式為 Ti "Zr25Be34_xCUx，其中 0<x《10。
[000引所述TiaZrbBecCUd的具體表達式為Ti 4日Zr20Be35_xCUx，其中0<x《
[0009] 所述TiaZfbBeeNid的具體表達式為Ti 4而258634-,化，其中0<x《10。
[0010] 所述 TiaZfbBecNid的具體表達式為 Ti 45Zr2〇Be35_xNix，其中 0<x《16。
[0011] 所述 TiaZfbBeeNid的具體表達式為 Ti 5〇ZrieBe34-xNix，其中 0<x《15。
[001引所述TiaZfbBeeNid的具體表達式為Ti 5向2恥3。_,化，其中0<x《15。
[001引所述TiaZfbBeeNid的具體表達式為Ti 55Zr20Be25-xNix，其中0<x《8。
[0014] 所述Ti基塊體非晶合金的直徑為5mm?20mm。
[0015] 一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金的製備方法，包括如下步驟：
[0016] 按照TiaZrbBeeCUd或Ti。2郵的叫的質量百分比進行配料，在高真空和氣氣保護條 件下，次用電弧烙煉或感應烙煉方法製得的母合金錠，然後將母合金錠再次烙化後採用吸 鑄、噴鑄或直接誘鑄法將合金烙體注入至不同內腔尺寸、形狀的模具中，冷卻至室溫，得到 所需尺寸及形狀（板材、椿材或其它幾何形狀）的Ti基非晶合金。
[0017] 所述模具材質為無氧銅。
[001引所述Ti基非晶合金椿材或板材的非晶臨界尺寸為5mm或大於5mm。
[0019] 本發明的有益效果為：
[0020] 本發明提出的Ti基塊體非晶合金與已報導的Ti基非晶合金相比，Ti含量較高， 非晶合金形成能力較大，且多個合金的非晶合金臨界大於10mm，它們的非晶形成能力優於 已報導的臨界尺寸僅為10mm的四元Ti基非晶合金（Ti-Zr-Be-Fe，Ti-Zr-Be-Ag)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[OOW 圖1為本發明實施例1?實施例4所製備的Ti"Zr2sBe34_xCUx(x = 2,4,6,8)非晶 合金椿的X射線衍射圖譜；
[00巧圖2為本發明實施例5?實施例7所製備的Ti45Zr20Be35_xCUx(x = 6,8,10)非晶合 金椿的X射線衍射圖譜；
[002引圖3為本發明實施例8?實施例12所製備的Ti"Zr25Be34-xNix(x = 2,4,6,8，10) 非晶合金椿的X射線衍射圖譜；
[0024] 圖4為本發明實施例13?實施例18所製備的Ti45Zr2〇Be35-xNix(x = 4,6,8，10，12， 14)非晶合金椿的X射線衍射圖譜；
[0025] 圖5為本發明實施例19?21所製備的非晶合金椿的X射線衍射圖譜。

【具體實施方式】
[0026] 本發明提供了一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其製備方法，下面結合 附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0027] 實施例1
[00測製備化押258632化2塊體非晶材料：
[0029] 第一步，將合金配料按Ti4iZ枯B632化2的原子百分比成分轉化成質量百分比，用 精確度為0. 0001的高精度電子天平計量合金配料，選取純度為99. 99 %的鐵塊、純度為 99. 97%的錯塊、純度為99. 99%的Be塊和純度為99. 99%的化塊進行合金配料配置。
[0030] 第二步，在真空度優於1〇-中a條件下通入高純氣氣，在氣氣保護條件下，將上述合 金配料通過電弧烙煉製備母合金錠。並反覆烙煉3?4次，W確保母合金錠成分的均勻性。
[0031] 第=步，在高真空和氣氣保護條件下，採用電弧烙煉方法將母合金錠烙化，然後吸 鑄或噴鑄至銅模中，冷卻至室溫，獲得鐵基非晶合金椿材、板材。
[0032] 第四步，採用X射線衍射狂RD)來檢測鐵基合金椿材的結構。如圖1，所製備的Ti 基非晶合金樣品具有非晶態結構。
[0033] 第五步，採用製備不同尺寸的合金樣品進行結構檢測，確認樣品的相結構。結果表 明，製備出Ti4iZr2gBe32化2非晶合金椿材的非晶臨界尺寸為5mm(見表1)。
[0034] 表1各實施例非晶合金的非晶臨界尺寸數據表
[0035]

【權利要求】
1. 一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，該Ti基非晶合金的組成為 TiaZrbBeeCud或TiaZrbBeeNid，其中a，b，c，d均為原子百分比，41 彡a彡 60，15 彡b彡 26， 15 彡c彡 36,0〈d彡 16,且a，b，c，d之和為 100。
2. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBeeCud的具體表達式為Ti41Zr25Be34_xCux，其中 0〈x< 10。
3. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBeeCud的具體表達式為Ti45Zr2QBe35_xCux，其中 0〈x< 12。
4. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBecNid的具體表達式為Ti41Zr25Be34_xNix，其中 0〈x彡 10。
5. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBecNid的具體表達式為Ti45Zr2QBe35_xNix，其中 0〈x彡 16。
6. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBecNid的具體表達式為Ti5QZr16Be34_xNix，其中 0〈x彡 15。
7. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBecNid的具體表達式為Ti5QZr2(lBe3Q_xNix，其中 0〈x彡 15。
8. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 TiaZrbBecNid的具體表達式為Ti55Zr2QBe25_xNix，其中 0〈x彡 8。
9. 根據權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特徵在於，所述 Ti基塊體非晶合金的直徑為5mm?20mm〇
10. 如權利要求1所述的一種具有非晶形成能力的Ti基非晶合金的製備方法，其特徵 在於，包括如下步驟： 按照TiaZrbBec;Cud或TiaZrbBec;Nid的質量百分比進行配料，在高真空和氬氣保護條件 下，次用電弧熔煉或感應熔煉方法製得的母合金錠，然後將母合金錠再次熔化後採用吸鑄、 噴鑄或直接澆鑄法將合金熔體注入至不同內腔尺寸、形狀的模具中，冷卻至室溫，得到所需 尺寸及形狀的Ti基非晶合金。
【文檔編號】C22C45/10GK104513938SQ201410811240
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】姚可夫, 趙少凡, 龔攀 申請人:清華大學