一种高比强度轻质钛基非晶合金制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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^^ O
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术的有益效果包括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、本专利技术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用本专利技术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。附图说明图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)。具体实施例方式本专利技术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，对本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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ＴｉａＺｒｂＢｅｃＡｌｄ，所述ａ、ｂ、ｃ和ｄ为原子百分数，其中，４０≤ａ≤４６，１９≤ｂ≤２６，２２≤ｃ≤３４，０≤ｄ≤１２，且ａ、ｂ、ｃ、ｄ之和为１００。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚可夫，龚攀，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11