專利名稱：：一種Ti基大塊非晶合金及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到一種低密度高比強、高耐腐蝕性，適用于航空航天結(jié)構(gòu)材料和生物醫(yī)用器件的Ti基塊體非晶合金及其生產(chǎn)方法。技術(shù)背景非晶合金具有長程無序、短程有序的結(jié)構(gòu)，因此與晶態(tài)合金相比，具備許多特有的性能，如高硬度、高強度、高電阻、耐蝕及耐磨等，為材料科研工作者開發(fā)高性能的功能材料和結(jié)構(gòu)材料提供了巨大的潛力，因而非晶合金的制備與大塊非晶材料的研制吸引了材料界越來越多的關(guān)注。40多年來，隨著技術(shù)的發(fā)展與進步，一系列具有高的玻璃形成能力的合金系被開發(fā)的Fe、Co、Zr、Ni、Mg、Pd、Ti、Cu、Nd、及La系等合金系中多組元成分的大塊非晶合金被發(fā)現(xiàn)。其中以Zr基為代表的金屬玻璃以其較高的非晶形成能力，獨一無二的力學(xué)性能和優(yōu)良的粘滯流動能力已經(jīng)得到了實際應(yīng)用。Ti基大塊非晶合金由于具有極高的強度和低密度以及良好的室溫耐蝕性，并且其玻璃轉(zhuǎn)變溫度較高，在新型高溫耐蝕結(jié)構(gòu)材料和生物醫(yī)用器件方面有廣闊的前景，因此受到廣泛關(guān)注和研究。過近三十年的探索和努力，人們開發(fā)出了大量Ti基非晶合金系統(tǒng)，比如Ti-Be-Zr、Ti-Ni-Si、Ti-Nb-Si、Ti-Nb-Si-B、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Cu-A1、Ti-Zr-Cu-Ni、Ti-Zr-Cu-Ni-Al、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Cu-Al、Ti-Zr-Ni-Cu-Al、Ti-Zr-Cu-Ni-Be等。TaoZhang等在Ti-Ni-Cu-Sn系非晶合金中發(fā)現(xiàn)ATx為60K的合金(Ti5。Ni2。Cu25Sn5)。Y.C.Kim等又將其進一步推至73K(Ti5。Ni15Cu32Sn3)。但是后過渡族元素Ni,Cu和Sn的加入使合金的密度升高，喪失了合金低密度的優(yōu)點。因此，開發(fā)出具有高的非晶形成能力和低密度的大塊非晶合金具有重要的實際應(yīng)用價值。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有合金的不足，開發(fā)出一種具有高的非晶形成能力、低的密度、高的比強度、高的熱穩(wěn)定性、高的硬度及強度的Ti基大塊非晶合金及其制備方法。本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明是一種Ti基大塊非晶合金，包含TixZryBezV,其組分(原子百分比)為Ti:36<x<50;Be:28《y<34;Zr:16<z《36;V:(K1K6.一種上述的Ti基大塊非晶合金的生產(chǎn)方法，首先將所述的Ti基大塊非晶合金一起置于電弧爐內(nèi)，在惰性氣體保護下采用電弧將其熔化至少三次，然后，將所述的母合金錠》丈入電弧爐吸鑄坩堝內(nèi)，在惰性氣體保護下通過電弧加熱重熔，在負壓下利用機械泵將熔化的合金吸入銅才莫內(nèi)，銅才莫內(nèi)孔為圓柱形，直徑為1-IO毫米，可以獲得直徑為1-10毫米鑄態(tài)圓棒的Ti基大塊非晶合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點具有更低的密度、更高的比強度、更高的熱穩(wěn)定性和高的非晶形成能力。圖l是本發(fā)明提供的Ti-Be-Zr三元大塊非晶合金X射線衍射譜圖；圖2是本發(fā)明提供的Ti-Be-Zr三元大塊非晶合金的熱分析DSC曲線圖；圖3是本發(fā)明提供的Ti"Be^Zr2sVx(x=2,6at.%)非晶合金X射線衍射圖。圖4是本發(fā)明提供的Ti"Be34-xZr25Vx(x=2,6at.%)非晶合金DSC曲線圖。具體實施方式下面結(jié)合圖表說明在TiBeZr三元系Ti基非晶及在此基礎(chǔ)上加入微量元素V,制備出較原來具有更高其非晶形成能力的合金的具體實施方式。實施例l將高純度(純度大于99%)的36。/。Ti,28%Be，36%Zr(原子百分比，以下同)元素在經(jīng)Ti純化的電弧爐內(nèi)反復(fù)熔煉3遍以上，使合金成分均勻，得到名義成分為Ti36Be2sZr36的合金錠，再將5-1O克的合金錠放入吸鑄坩堝內(nèi)利用機械泵將重熔后的合金吸入銅模內(nèi)，獲得直徑為3-5毫米的圓棒。經(jīng)X射線衍射分析樣品為非晶相，如圖1所示。通過熱分析獲得此非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度r《，晶化開始溫度7;，和過冷液相溫度區(qū)間A7;。該非晶合金的DSC曲線示于圖2中，顯示了明顯的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化過程，其7;，7;，A7;分別為320。C,425°C，105°C。該大塊非晶合金的熱物理參數(shù)列于表l中。實施例2將高純度(純度大于99%)的50訂i,34°/。Be，16。/。Zr元素在經(jīng)Ti純化的電弧爐內(nèi)反復(fù)熔煉3遍以上，使合金成分均勻，得到名義成分為Ti5。BewZn6的合金錠，再將5-10克的合金錠放入吸鑄坩堝內(nèi)利用機械泵將重熔后的合金吸入銅模內(nèi)，獲得直徑為3-5毫米的圓棒。經(jīng)X射線衍射分析樣品為非晶相，如圖1所示。通過熱分析獲得此非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度；，晶化開始溫度7;,和過冷液相溫度區(qū)間A7;。該非晶合金的DSC曲線示于圖2中，顯示了明顯的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化過程，其《，7;,A7;分別為330。c，365°C,35°C。該大塊非晶合金的熱物理參數(shù)列于表l中。實施例3將高純度(純度大于99°/。)的4OTi，34%Be,25。/。Zr元素在經(jīng)Ti純化的電弧爐內(nèi)反復(fù)熔煉3遍以上，使合金成分均勻，得到名義成分為Ti"Be34Zr25的合金錠，再將5-10克的合金錠放入吸鑄坩堝內(nèi)利用機械泵將重熔后的合金吸入銅模內(nèi)，獲得直徑為3-5毫米的圓棒。經(jīng)X射線衍射分析樣品為非晶相，如圖1所示。通過熱分析獲得此非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度S，晶化開始溫度7;，和過冷液相溫度區(qū)間A7;。該非晶合金的DSC曲線示于圖2中，顯示了明顯的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化過程，其7;，7;，A7;分別為3i6。c,354°C,38°C。該大塊非晶合金的熱物理參數(shù)列于表l中。實施例4將高純度(純度大于99°/。)的41訂i,32%Be，25%Zr,2。/。V元素在經(jīng)Ti純化的電弧爐內(nèi)反復(fù)熔煉3遍以上，使合金成分均勻，得到名義成分為Ti"Be32Zr2sV2的合金錠，再將5-10克的合金錠放入吸鑄坩堝內(nèi)利用機械泵將重熔后的合金吸入銅模內(nèi)，獲得直徑為3-5亳米的圓棒。經(jīng)X射線衍射分析樣品為非晶相，如圖3所示。通過熱分析獲得此非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度《，晶化開始溫度T;,和過冷液相溫度區(qū)間A7;。該非晶合金的DSC曲線示于圖4中，顯示了明顯的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化過程，其《，7;,A7;分別為318°C,371°C,53°C。該大塊非晶合金的熱物理參數(shù)列于表l中。實施例5將高純度(純度大于99%)的41訂i，28%Be，25%Zr,6。/。V元素在經(jīng)Ti純化的電弧爐內(nèi)反復(fù)熔煉3遍以上，使合金成分均勻，得到名義成分為Ti"Be2sZr25V6的合金錠，再將5-10克的合金錠放入吸鑄坩堝內(nèi)利用機械泵將重熔后的合金吸入銅模內(nèi)，獲得直徑為3-5亳米的圓棒。經(jīng)X射線衍射分析樣品為非晶相，如圖3所示。通過熱分析獲得此非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度《，晶化開始溫度T;,和過冷液相溫度區(qū)間A7;。該非晶合金的DSC曲線示于圖4中，顯示了明顯的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化過程，其7;，7;，A7;分別為310°C，368°C，58°C。該大塊非晶合金的熱物理參數(shù)列于表l中。該合金具有較高的非晶形成能力。本發(fā)明的鑄態(tài)材料的非晶結(jié)構(gòu)可以采用X射線衍射儀進行確定。將鑄態(tài)材料用線切割或低速金剛石切片機切開，切面用砂紙打磨，對剖面利用XRD進行檢測，非晶合金的XRD譜展示出彌散的衍射峰，而晶體合金的XRDi普上會出現(xiàn)尖銳的衍射峰。非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變及晶化過程可以用熱分析DSC進行分析，表l提供的是Ti基非晶合金的熱物理性能和臨界尺寸。從表中可以看出最大的非晶合金過冷液相區(qū)間達到102。C，和較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，表明合金具有高的熱穩(wěn)定性和大的熱加工區(qū)間。圖3，4位V元素的加入對合金的形成能力和熱物理性能的影響。表明在三元合金中加入V,能夠極大的提高合金的非晶形成能力，并提高非晶的熱穩(wěn)定性，和過冷液相區(qū)寬度。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于完全去除掉了現(xiàn)今Ti基非晶中所存在的后過渡族重金屬元素，所利用元素都是前過渡族輕合金和超輕合金，保持了Ti基非晶低密度，高比強度的特點，并具有強的非晶形成能力和高的熱穩(wěn)定性。表i<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種Ti基大塊非晶合金，其特征所述的Ti基大塊非晶合金包含TixZryBezVu，其組分原子百分比為Ti36≤x≤50；Be28≤y≤34；Zr16≤z≤36；V0≤u≤6。2.—種如權(quán)利要求1所述的Ti基大塊非晶合金的生產(chǎn)方法，其特征首先將所述的Ti基大塊非晶合金一起置于電弧爐內(nèi)，在惰性氣體保護下采用電弧將其熔化至少三次，然后，將所述的母合金錠放入電弧爐吸鑄坩堝內(nèi)，在惰性氣體保護下通過電弧加熱重熔，在負壓下利用機械泵將熔化的合金吸入銅模內(nèi)，銅模內(nèi)孔為圓柱形，直徑為1-10毫米，能獲得直徑為l-10毫米鑄態(tài)圓棒的Ti基大塊非晶合金。全文摘要本發(fā)明是一種Ti基大塊非晶合金及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分為(原子百分比)TixZryBezVu，其中36≤x≤50，28≤y≤34，16≤z≤36，0≤u≤6，且x+y+z+u＝100。本發(fā)明的生產(chǎn)方法是先用真空電弧爐熔煉母合金，然后將母合金置于快速凝固裝置的電弧爐中熔化，熔化后吸鑄到銅模中形成非晶態(tài)合金棒，非晶含量50％到100％。Ti基大塊非晶具有極高的強度以及良好的室溫耐蝕性，并且Ti基大塊非晶的玻璃轉(zhuǎn)變溫度較高，可作為新型高溫耐蝕結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于舍棄掉了以前鈦基非晶合金的后過渡族元素，如Ni，Cu和Sn等，使鈦基非晶合金具有更低的密度和更高得比強度。文檔編號C22C45/00GK101397644SQ200810117000公開日2009年4月1日申請日期2008年7月22日優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日發(fā)明者豐葉,勇張,志林,林均品,王艷麗,郝國建,陳國良申請人:北京科技大學(xué)