CN101886191B - 一种耐蚀耐磨钛合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐蚀耐磨钛合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐蚀耐磨钛合金，按照重量百分比包括下列成分：Zr 2％～3％，Pr 0.2％～0.5％，Fe 3％～5％，Cu 3％～5％，Gd0.03％～0.09％，其余为Ti。本发明还提供了一种耐蚀耐磨钛合金的制备方法。本发明的耐蚀耐磨钛合金及其制备方法具有下列技术效果：1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，不仅普通力学性能优越，抗拉强度和冲击韧性得到提高，而且同时具有很好的耐磨和抗腐蚀作用；2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。

Description

一种耐蚀耐磨钛合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐蚀耐磨钛合金及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术
目前金属材料领域中，钛合金的耐蚀耐磨性能受到了越来越多的重视。
中国专利CN200510027351.2涉及一种细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法，将原子百分比为48％～55％的钛，35％～47％的镍，5％～10％的铜在真空条件下熔炼，制成钛镍-铜基合金铸锭，将钛镍-铜合金块材切割成坯料，表面处理后涂敷玻璃润滑剂。模具采用挤压通道角度为90°的等径弯角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具分别加热保温，并同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压；对挤压处理后的材料进行退火处理，使材料产生静态回复，晶粒均匀细化，最终获得摩擦学性能良好的钛镍-铜合金块材。该材料必须通过压力加工才能实现晶粒细化，并且含有相当高的镍，材料成本高。
中国专利CN97108898.5提供了一种耐蚀钛合金，其特征在于所述钛合金的成分(按％重量计)为Ni＝0.3-3，Cr＝0.3-3，Mo＝0.3-3，Cu＝0.3-3及平衡量的Ti。所述的耐蚀钛合金，其特征在于上述钛合 金的成分(按％重量计)的较佳值为Ni＝1-2，Cr＝0.5-2，Mo＝0.5-2，Cu＝0.5-2.5及平衡量的Ti。所述的耐蚀钛合金，其特征在于上述钛合金的成分(按％重量计)的最佳值为Ni＝2，Cr＝1，Mo＝0.8，Cu＝0.5及平衡量的Ti。所述的耐蚀钛合金，其特征在于上述钛合金含Ni.Cr.Mo.Cu四种元素的总量为2.5％-5.5％。工业钝钛的抗拉强度σb为390-540MPa，Ti-0.8Ni-0.3Mo合金σb为490-550MPa，而本发明合金σb达666-1290MPa。但使用Mo，因Mo熔点很高，不便于熔炼，能耗高，成本高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种耐蚀耐磨钛合金及其制备方法。
本发明的耐蚀耐磨钛合金，按照重量百分比包括下列成分：Zr2％～3％，Pr 0.2％～0.5％，Fe 3％～5％，Cu 3％～5％，Gd 0.03％～0.09％，其余为Ti；
优选地，
本发明的耐蚀耐磨钛合金，按照重量百分比包括下列成分：Zr 2.5％，Pr 0.3％，Fe 4％，Cu 4％，Gd为0.05％，其余为Ti。
该钛合金在基体上分布着细小的复杂化合物；
本发明合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由：
Zr：含量为2％～3％；Zr和Fe、Gd可形成硬质复杂铁化合物，Ti和Cu、Pr可形成硬质化合物，两种化合物交织一起，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，使用寿 命大大提高。Zr含量低于2％，复杂化合物数量少，耐磨作用小，使用寿命不高；Zr含量高于3％，复杂化合物数量多，削弱了合金的韧性。
Pr：含量为0.2％～0.5％；Pr和Cu、Ti可形成硬质化合物，Fe和Zr、Gd可形成硬质复杂铁化合物，两种化合物交织一起，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，使用寿命大大提高。Pr能改变钛的电极电位，因此能很好改善合金的抗腐蚀性能。Pr含量低于0.2％，复杂化合物数量少，耐磨作用小，使用寿命不高，且合金的抗腐蚀性能不高；Pr含量高于0.5％，复杂化合物数量多，削弱了合金的韧性。
Fe：含量为3％～5％；Fe和Zr、Gd可形成硬质复杂铁化合物，Ti和Cu、Pr可形成硬质化合物，两种化合物交织一起，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，使用寿命大大提高。Fe含量低于3％，复杂化合物数量少，耐磨作用小，使用寿命不高；Fe含量高于5％，复杂化合物数量多，削弱了合金的韧性。
Cu：含量为3％～5％；Cu和Ti、Pr可形成硬质化合物，Fe和Zr、Gd可形成硬质复杂铁化合物，两种化合物交织一起，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，使用寿命大大提高。Cu能改变钛的电极电位，因此能很好改善合金的抗腐蚀性能。Cu含量低于3％，复杂化合物数量少，耐磨作用小，使用寿命不高，且合金的抗腐蚀性能不高；Cu含量高于5％，复杂化合物数量多，削弱了合金的韧性。
Gd：含量为0.03％～0.09％。Gd和Fe、Zr可形成硬质复杂铁化合物，Ti和Cu、Pr可形成硬质化合物，两种化合物交织一起，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，使用寿命大大提高。Gd含量低于0.03％，复杂化合物数量少，耐磨作用小，使用寿命不高；Gd含量高于0.09％，复杂化合物数量多，削弱了合金的韧性。
本发明的耐蚀耐磨钛合金的制备方法，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，Zr用纯锆粒，Pr用纯镨粒，Ti为海绵钛，Cu用铜板，Fe用纯铁棒，Gd用含Gd60％的钆铁；
2)将Ti、Zr、Pr、Cu、Fe的原料加入电炉熔化，熔化温度为1690-1720℃，将Gd的原料放在钛合金包的底部；
3)将熔化好的钛合金液倒入底部装有Gd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钛合金液温度达到1690℃时便浇铸成形，形成铸态耐蚀耐磨钛合金。
本发明的耐蚀耐磨钛合金及其制备方法具有下列技术效果：
1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，不仅普通力学性能优越，抗拉强度和冲击韧性得到提高，而且同时具有很好的耐磨和抗腐蚀作用；
2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的耐蚀耐磨钛合金的金相组织。
具体实施方式
实施例1
本实施例的耐蚀耐磨钛合金按照重量百分比包括下列成分：Zr 2％、Pr 0.2％、Fe 3％，Cu 3％，Gd 0.03％，其余为Ti。该钛合金在基体上分布着细小的复杂化合物；如图1所示。
本实施例的耐蚀耐磨钛合金的制备，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，Zr用纯锆粒，Pr用纯镨粒，Ti为海绵钛，Cu用铜板，Fe用纯铁棒，Gd用含Gd60％的钆铁；
2)将Ti、Zr、Pr、Cu、Fe的原料加入电炉熔化，熔化温度为1690-1720℃，将Gd的原料放在钛合金包的底部；
3)将熔化好的钛合金液倒入底部装有Gd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钛合金液温度达到1690℃时便浇铸成形，形成铸态耐蚀耐磨钛合金。
实施例2
本实施例的耐蚀耐磨钛合金按照重量百分比包括下列成分：Zr为3％、Pr为0.5％、Fe为5％，Cu为5％，Gd为0.09％，其余为Ti。该钛合金在基体上分布着细小的复杂化合物；制备方法参照实施例1。
实施例3
本实施例的耐蚀耐磨钛合金按照重量百分比包括下列成分：Zr为2.5％、Pr为0.3％、Fe为4％，Cu为4％，Gd为0.05％，其余为Ti。该钛合金在基体上分布着细小的复杂化合物；制备方法参照实施例1。
对照例1
本对照例的耐蚀耐磨钛合金按照重量百分比包括下列成分：Zr为1％、Pr为0.1％、Fe为2％，Cu为2％，Gd为0.02％，其余为Ti。制备方法参照实施例1。
对照例2
本对照例的耐蚀耐磨钛合金按照重量百分比包括下列成分：Zr为4％、Pr为0.6％、Fe为6％，Cu为6％，Gd为0.1％，其余为Ti。制备方法参照实施例1。
实施例4
比较背景技术、对照例和实施例中的耐蚀耐磨钛合金的抗拉强度、伸长率、15％盐酸年腐蚀率和20％硫酸年腐蚀率，其结果如表1所示：
表1合金性能对照：
Figure BSA00000189727900061
从上表可以看出，实施例1-3的耐蚀耐磨钛合金的抗拉强度、伸长率都好于对照例和背景技术，15％盐酸年腐蚀率和20％硫酸年腐蚀率，都要低于对照例和背景技术，本发明的耐蚀耐磨钛合金具有更好的合金性能。

Claims (4)

1.一种耐蚀耐磨钛合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Zr 2％～3％，Pr 0.2％～0.5％，Fe 3％～5％，Cu 3％～5％，Gd 0.03％～0.09％，其余为Ti。
2.根据权利要求1所述的耐蚀耐磨钛合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Zr 2.5％，Pr 0.3％，Fe 4％，Cu4％，Gd为0.05％，其余为Ti。
3.一种耐蚀耐磨钛合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，Zr用纯锆粒，Pr用纯镨粒，Ti为海绵钛，Cu用铜板，Fe用纯铁棒，Gd用含Gd60％的钆铁，各成分的重量百分比为：Zr 2％～3％，Pr 0.2％～0.5％，Fe 3％～5％，Cu 3％～5％，Gd 0.03％～0.09％，其余为Ti；
2)将Ti、Zr、Pr、Cu、Fe的原料加入电炉熔化，熔化温度为1690-1720℃，将Gd的原料放在钛合金包的底部；
3)将熔化好的钛合金液倒入底部装有Gd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钛合金液温度达到1690℃时便浇铸成形，形成铸态耐蚀耐磨钛合金。
4.根据权利要求3所述的耐蚀耐磨钛合金的制备方法，其特征在于，步骤1)中各成分的重量百分比为：Zr 2.5％，Pr 0.3％，Fe 4％，Cu 4％，Gd为0.05％，其余为Ti。
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