一种TiCuZrPdNi非晶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种TiCuZrPdNi非晶复合材料及其制备方法，属于非晶合金制备技术领域，所述非晶复合材料的合金成分为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种TiCuZrPdNi非晶复合材料及其制备方法
本专利技术属于非晶合金制备
，具体涉及一种高强高塑性TiCuZrPdNi非晶复合材料及其制备方法。
技术介绍
非晶合金是指合金在经过超级冷凝固时，内部结构中的原子来不及有序排列，从而使得到的非晶合金的内部结构长程无序。与晶态材料相比，非晶合金由于其独特的原子堆垛长程无序的结构特征，使其具有很多优异的力学、物理和化学性能。例如，钛基非晶合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好及成本低廉等优势，从而受到科研工作者的广泛关注，在军事、航空航天、体育器材等领域具有潜在的应用前景。但是，同其他非晶体系一样，钛基非晶合金也存在室温脆性、加工软化这些问题，大大限制了钛基非晶合金的工业应用。因此，如何提高钛基非晶合金的塑性是当前研究工作者亟待解决的问题。虽然，针对此问题，科学家通过成分设计在合金凝固过程中析出晶体相制备出内生相非晶复合材料，内生相Ti基非晶β-Ti枝晶复合材料通常具有明显的拉伸塑性，但大都呈现加工软化现象，但如果这种内生β-Ti相是亚稳相，并在变形过程中可以发生形变诱发马氏体相变，这种内生相Ti基非晶复合材料就能表现出优异的拉伸加工硬化能力，这种具有形变诱发相变特征的Ti基非晶内生复合材料是目前非晶复合材料领域研究的热点之一。但是目前所研究的具有明显的相变诱导塑性的Ti基非晶复合材料仍然离不开有毒金属Be，这极大地限制了非晶复合材料的应用。因此，获得不含有Be，且具有良好玻璃形成能力的Ti基非晶复合材料具有重要的意义。专利技术内容为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高强高塑性TiCuZrPdNi非晶复合材料，该非晶复合材料通过选取不含有毒元素Be的合金体系Ti40Cu36Zr10Pd14，在此基础上，通过调节金属元素配比，以及添加少量的金属元素Ni，从而获得同时兼具高屈服强度和高塑性的Ti基非晶复合材料，消除了在加工制备过程中Be元素带来的安全隐患，拓宽了该类非晶复合材料的应用前景。本专利技术的另一个目的在于提供一种高强高塑性TiCuZrPdNi非晶复合材料的制备方法，该方法通过添加少量金属Ni，在快速凝固的过程中析出了B2相，这种相的引入在复合材料的变形过程中塑韧性明显提高。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种TiCuZrPdNi非晶复合材料，所述非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu36-xZr10Pd14Nix，其中，0.5≤x≤8.5。优选的，所述非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu36-xZr10Pd14Nix，其中，4.5≤x≤8.5。优选的，所述非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu29.5Zr10Pd14Ni6.5。也就是，当x＝6.5时，Ti40Cu29.5Zr10Pd14Ni6.5的综合力学性能最好。优选的，所述非晶复合材料是由纯度均≥99.99％的块状的Ti、Cu、Zr、Pd、Ni熔炼而成，在快速凝固过程中形成一种B2相(空间群为Pm-3m)与非晶相共存的结构。一种TiCuZrPdNi非晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、配料依据各金属单质Ti、Cu、Zr、Pd、Ni的原子比40:36-x:10:14:x计算各金属单质的质量并称重，其中，0.5≤x≤8.5；S2、合金锭的制备采用电弧熔炼法，将S1配置的各金属单质混合后，置于电弧炉水冷坩埚中，在惰性气氛下反复翻转熔炼，得到成分均一的合金锭；S3、非晶复合材料的制备将S2得到的合金锭切块后置于吸铸铜模熔化，并采用真空吸铸法吸至水冷铜模中，在103～106K/s的冷却速度下快速凝固，得到非晶复合材料。在此，熔炼完成的合金锭为铸态合金锭，然后需要切成合适大小，并置于吸铸铜模上，在熔化后迅速吸至水冷铜模里面成型，水冷铜模的模具上部的冷却速率小于其模具下部的冷却速率。优选的，S2中，对原料进行反复翻转熔炼是利用高频电弧进行的；反复翻转熔炼的次数为4～5次，每次的熔炼电流均为300～320A，每次的熔炼时间均为55～65s。优选的，S2中，在熔炼之前，对电弧炉抽真空至5.0×10-4Pa，然后充入惰性气体至0.5个大气压。优选的，S1中，在称重之前，对各原料分别进行表面处理，去除氧化皮层；并用清洗液对各原料分别进行超声清洗。优选的，所述清洗液为丙酮或乙醇，且清洗的顺序是：先用丙酮清洗，再用乙醇清洗。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提供的非晶复合材料通过选取Inoue团队制备出的不含有毒元素Be的具有较大玻璃形成能力的Ti40Cu36Zr10Pd14基础合金体系，在此基础上，通过调节金属元素配比以及添加少量的金属元素Ni来降低了非晶形成能力，在快速凝固的过程中析出了B2相，以此来获得同时兼具高屈服强度和高塑性的Ti基非晶复合材料，消除了在加工制备过程中Be元素带来的安全隐患，拓宽了该类非晶复合材料的应用前景，具有极大的发展空间。目前针对Ti基中的B2相变增韧研究比较少，为以后的研究提供了新的研究体系。2、本专利技术提供的非晶复合材料，由于Ti40Cu36Zr10Pd14是一种具有较大的非晶形成能力的合金体系；在制备合金Ti40Cu36-xZr10Pd14Nix的过程中，通过调整Cu/Ni元素的配比，在快速凝固过程中形成了一种类似CsCl的B2相结构，这种相的引入在复合材料的变形过程中塑韧性明显提高。本专利技术在保持高强度和塑性的前提下，能够除去目前常见钛基非晶复合材料中依赖的有毒元素Be，本专利技术制备的非晶复合材料主要由非晶相和B2增强相构成，使该合金表现除了较好的力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例1-5的样品的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1-5的铸态棒状样品横截面的SEM图谱。图3为本专利技术实施例1-5的样品在室温下的压缩工程应力-应变曲线图。图4为本专利技术实施例4中断裂样品侧面的SEM图谱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种TiCuZrPdNi非晶复合材料，该非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu36-xZr10Pd14Nix，其中，x＝0.5。即，该非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu35.5Zr10Pd14Ni0.5。该非晶复合材料是由纯度均≥99.99％的块状的Ti、Cu、Zr、Pd、Ni熔炼而成，在快速凝固过程中形成一种B2相与非晶相共存的结构。上述TiCuZrPdNi非晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、配料对各金属单质原料的表面进行处理，去除氧化皮层，并用丙酮/水清洗液对各原料分别进行超声清洗，然后依据各金属单质Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiCuZrPdNi非晶复合材料，其特征在于，所述非晶复合材料的合金成分为Ti

【技术特征摘要】
1.一种TiCuZrPdNi非晶复合材料，其特征在于，所述非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu36-xZr10Pd14Nix，其中，0.5≤x≤8.5。


2.根据权利要求1所述的TiCuZrPdNi非晶复合材料，其特征在于，所述非晶复合材料的合金成分为Ti40Cu36-xZr10Pd14Nix，其中，4.5≤x≤8.5。


3.根据权利要求1所述的TiCuZrPdNi非晶复合材料，其特征在于，所述非晶复合材料是由纯度均≥99.99％的块状的Ti、Cu、Zr、Pd、Ni熔炼而成，在快速凝固过程中形成一种B2相与非晶相共存的结构。


4.一种TiCuZrPdNi非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配料
依据各金属单质Ti、Cu、Zr、Pd、Ni的原子比40:36-x:10:14:x计算各金属单质...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯凯，吴爽，秦玉升，闫德隆，孙通通，刘旦，段军鹏，王丽，
申请(专利权)人：山东大学，威海万丰镁业科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37