CN102268618A - 一种高比强度轻质钛基非晶合金 - Google Patents

一种高比强度轻质钛基非晶合金 Download PDF

Info

Publication number
CN102268618A
CN102268618A CN 201110218914 CN201110218914A CN102268618A CN 102268618 A CN102268618 A CN 102268618A CN 201110218914 CN201110218914 CN 201110218914 CN 201110218914 A CN201110218914 A CN 201110218914A CN 102268618 A CN102268618 A CN 102268618A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
amorphous alloy
based amorphous
atomic percent
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201110218914
Other languages
English (en)
Other versions
CN102268618B (zh
Inventor
姚可夫
龚攀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN 201110218914 priority Critical patent/CN102268618B/zh
Publication of CN102268618A publication Critical patent/CN102268618A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102268618B publication Critical patent/CN102268618B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明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。

Description

一种高比强度轻质钛基非晶合金
技术领域
本发明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金。
背景技术
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Zr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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
进一步：所述组成表达式具体为Ti41Zr25Be34-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24～34，Al的原子百分数为0～10。
进一步：所述组成表达式具体为Ti43-xZr23+xBe29Al5，其中，0≤x≤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Ti41Zr25-xBe34Alx，其中，0＜x≤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TiaZrbBecAld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，本发明的有益效果包括：
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，并使该非晶合金具有高比强度。
2、本发明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。
3、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、利用本发明获得的钛基非晶合金具有较低的比重和约4.0×105Nm/kg以上的比强度。
附图说明
图1为Ti41Zr25Be32Al2非晶合金的X射线衍射图谱；
图2为Ti41Zr25Be30Al4非晶合金的X射线衍射图谱；
图3为Ti41Zr25Be29Al5非晶合金的X射线衍射图谱；
图4为Ti41Zr25Be28Al6非晶合金的X射线衍射图谱；
图5为Ti41Zr25Be26Al8非晶合金的X射线衍射图谱；
图6为Ti41Zr25Be24Al10非晶合金的X射线衍射图谱；
图7为Ti40Zr26Be29Al5非晶合金的X射线衍射图谱；
图8为Ti43Zr23Be29A15非晶合金的X射线衍射图谱；
图9为Ti46Zr20Be29Al5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)。
具体实施方式
本发明高比强度轻质钛基非晶合金，其组成表达式为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。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TiaZrbBecAld可以是Ti41Zr25Be34-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24～34，Al的原子百分数为0～10；或者，钛基非晶合金TiaZrbBecAld可以为Ti43-xZr23+xBe29Al5，其中，0≤x≤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；或者，钛基非晶合金TiaZrbBecAld为Ti41Zr25-xBe34Alx，其中，0＜x≤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TiaZrbBecAld的制备方法，是按照下列步骤进行的：
1、按通式TiaZrbBecAld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，对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例1  制备Ti41Zr25Be32Al2块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr25Be32Al2的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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Tg＝618K，起始晶化温度Tx＝673K，过冷液相温度区间ΔT＝55K。
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
  合金成分   Tg(K)   Tx(K)   ΔTx(K)   Dmax(mm)
  Ti41Zr25Be34   607   656   49   5
  Ti41Zr25Be32Al2   618   673   55   5
  Ti41Zr25Be30Al4   629   683   54   6
  Ti41Zr25Be29Al5   628   689   61   7
  Ti41Zr25Be28Al6   633   691   58   7
  Ti41Zr25Be26Al8   639   694   55   3
  Ti41Zr25Be24Al10   646   693   47   2
  Ti40Zr26Be29Al5   628   693   65   4
  Ti43Zr23Be29Al5   631   684   53   6
  Ti46Zr20Be29Al5   629   669   40   3
  Ti41Zr23Be34Al2   657   692   35   ＞2
  Ti41Zr21Be34Al4   670   715   45   ＞2
  Ti41Zr19Be34Al6   681   733   52   ＞2
如图12.(a)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为加载应变速率为4×10-4s-1，材料的屈服强度σ0.2＝1948MPa，断裂强度σb＝2217MPa，压缩塑性变形量ε＝14.3％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.78g/cm3，比强度为4.1×105Nm/kg。
表2为各实施例非晶态合金的密度及力学性能数据
Figure BDA0000080362400000052
实施例2  制备Ti41Zr25Be30Al4块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr25Be30Al4的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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6mm。
以下为测试结果，如图2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；采用差热扫描量热仪(DSC)测合金的热力学性能数据，如图11.(a)和表1所示，其非晶转变温度Tg＝629K，起始晶化温度Tx＝683K，过冷液相温度区间ΔT＝54K；采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000062
加载应变速率为4×10-4s-1，如图12.(a)和表2所示，材料的屈服强度σ0.2＝1990MPa，断裂强度σb＝2125MPa，压缩塑性变形量ε＝4.3％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.79g/cm3，比强度为4.4×105Nm/kg。
实施例3  制备Ti41Zr25Be29Al5块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr25Be29Al5的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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7mm。
以下为测试结果，如图3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Tg＝628K，起始晶化温度Tx＝689K，过冷液相温度区间ΔT＝61K；如图12.(a)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000071
加载应变速率为4×10-4s-1，材料的屈服强度σ0.2＝1938MPa，断裂强度σb＝2130MPa，压缩塑性变形量ε＝6.0％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.80g/cm3，比强度为4.0×105Nm/kg。
实施例4  制备Ti41Zr25Be28Al6块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr25Be28Al6的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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7mm。
以下为测试结果，如图4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Tg＝633K，起始晶化温度Tx＝691K，过冷液相温度区间ΔT＝58K；如图12.(a)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000081
加载应变速率为4×10-4s-1，材料的屈服强度σ0.2＝1996MPa，断裂强度σb＝2190MPa，压缩塑性变形量ε＝16.3％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.80g/cm3，比强度为4.2×105Nm/kg。
实施例5  制备Ti41Zr25Be26Al8块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr25Be26Al8的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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3mm。
以下为测试结果，如图5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Tg＝639K，起始晶化温度Tx＝694K，过冷液相温度区间ΔT＝55K；如图12.(a)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000082
加载应变速率为4×10-4s-1，材料的屈服强度σ0.2＝2084MPa，压缩塑性变形量ε超过45％未发生断裂；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.81g/cm3，比强度为4.3×105Nm/kg。
实施例6制备Ti41Zr25Be24Al10块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr25Be24Al10的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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2mm。
以下为测试结果，如图6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Tg＝646K，起始晶化温度Tx＝693K，过冷液相温度区间ΔT＝47K；如图12.(a)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000091
加载应变速率为4×10-4s-1，材料的屈服强度σ0.2＝2050MPa，断裂强度σb＝2373MPa，压缩塑性变形量ε＝17.2％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.81g/cm3，比强度为4.3×105Nm/kg。
实施例7  制备Ti40Zr26Be29Al5块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti40Zr26Be29Al5的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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4mm。
以下为测试结果，如图7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.(b)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Tg＝628K，起始晶化温度Tx＝693K，过冷液相温度区间ΔT＝65K；如图12.(b)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000101
加载应变速率为4×10-4s-1，屈服强度σ0.2＝1998MPa，断裂强度σb＝2257MPa，压缩塑性变形量ε＝7.4％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.86g/cm3，比强度为4.1×105Nm/kg。
实施例8制备Ti43Zr23Be29Al5块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti43Zr23Be29Al5的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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6mm。
以下为测试结果，如图8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.(b)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Tg＝631K，起始晶化温度Tx＝684K，过冷液相温度区间ΔT＝53K；如图12.(b)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000111
加载应变速率为4×10-4s-1，材料的屈服强度σ0.2＝2038MPa，断裂强度σb＝2097MPa，压缩塑性变形量ε＝1.1％；采用阿基米德法测的密度，钛基合金的密度ρ＝4.75g/cm3，比强度为4.3×105Nm/kg。
实施例9  制备Ti46Zr20Be29Al5块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti46Zr20Be29Al5的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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3mm。
以下为测试结果，如图9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.(b)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Tg＝629K，起始晶化温度Tx＝669K，过冷液相温度区间ΔT＝40K；如图12.(b)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000112
加载应变速率为4×10-4s-1，屈服强度σ0.2＝1983MPa，断裂强度σb＝2032MPa，压缩塑性变形量ε＝1.3％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.66g/cm3，比强度为4.3×105Nm/kg。
实施例10  制备Ti41Zr23Be34Al2块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr23Be34Al2的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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2mm。
以下为测试结果，如图10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.(c)和表1所示，采用差热扫描量热仪(DSC)测试样的热力学性能数据，其非晶转变温度Tg＝657K，起始晶化温度Tx＝692K，过冷液相温度区间ΔT＝35K；如图12.(c)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000121
加载应变速率为4×10-4s-1，屈服强度σ0.2＝1991MPa，断裂强度σb＝1994MPa，压缩塑性变形量ε＝1.3％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.71g/cm3，比强度为4.2×105Nm/kg。
实施例11  制备Ti41Zr21Be34Al4块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr21Be34Al4的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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2mm。
以下为测试结果，如图10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.(c)和表1所示，采用差热扫描量热仪(DSC)测试样的热力学性能数据，其非晶转变温度Tg＝670K，起始晶化温度Tx＝715K，过冷液相温度区间ΔT＝45K；如图12.(c)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为加载应变速率为4×10-4s-1，屈服强度σ0.2＝1926MPa，断裂强度σb＝2010MPa，压缩塑性变形量ε＝0.6％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.64g/cm3，比强度为4.2×105Nm/kg。
实施例12  制备Ti41Zr19Be34Al6块体非晶合金材料
第一步，将合金配料按Ti41Zr19Be34Al6的原子百分比成分转化为质量百分比，用精确度0.0001g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2mm。
以下为测试结果，如图10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.(c)和表1所示，采用差热扫描量热仪(DSC)测试样的热力学性能数据，其非晶转变温度Tg＝681K，起始晶化温度Tx＝733K，过冷液相温度区间ΔT＝52K；如图12.(c)和表2所示，采用单轴压缩实验获取试样的力学性能数据，钛基非晶合金试样尺寸为
Figure BDA0000080362400000132
加载应变速率为4×10-4s-1，屈服强度σ0.2＝2040MPa，断裂强度σb＝2066MPa，压缩塑性变形量ε＝0.2％；采用阿基米德法测的密度，钛基非晶合金的密度ρ＝4.55g/cm3，比强度为4.5×105Nm/kg。
本发明选用铝Al元素作为添加元素，相比于添加铬Cr和钒V元素，铝Al密度更小，成本更低，而且对原成分非晶形成能力和力学性能的改善效果明显，适量铝Al的加入使合金的非晶形成能力提高到≥7mm，并能同时提高合金的压缩强度和塑性，得到兼具良好非晶形成能力和力学性能的轻质钛基非晶合金。适当用铝Al替换钛Ti和/或在含Al合金中调整Ti和Zr元素的比例，可显著提高屈服强度和比强度。
以上所述，仅为发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应当涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

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。
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Ti41Zr25Be34-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24～34，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-xZr23+xBe29Al5，其中，0≤x≤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。
4.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Ti41Zr25-xBe34Alx，其中，0＜x≤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。
5.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：按照所述组成表达式TiaZrbBecAld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。
6.如权利要求5所述的高比强度轻质钛基非晶合金，其特征在于：所述钛基非晶合金的临界尺寸至少为2mm。
7.如权利要求5所述的高比强度轻质钛基非晶合金，其特征在于：所述合金配料选用纯度为99.4％钛棒、纯度为99.7％锆棒。
CN 201110218914 2011-08-01 2011-08-01 一种高比强度轻质钛基非晶合金 Active CN102268618B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110218914 CN102268618B (zh) 2011-08-01 2011-08-01 一种高比强度轻质钛基非晶合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110218914 CN102268618B (zh) 2011-08-01 2011-08-01 一种高比强度轻质钛基非晶合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102268618A true CN102268618A (zh) 2011-12-07
CN102268618B CN102268618B (zh) 2012-12-19

Family

ID=45051068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110218914 Active CN102268618B (zh) 2011-08-01 2011-08-01 一种高比强度轻质钛基非晶合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102268618B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106734945A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 常州世竟液态金属有限公司 一种提高非晶态合金致密度的方法
CN107653424A (zh) * 2017-11-16 2018-02-02 康硕电气集团有限公司 一种Ti‑Al基非晶合金粉末材料、制备方法及其应用
CN110923587A (zh) * 2019-12-20 2020-03-27 常州世竟液态金属有限公司 一种低密度钛基块体非晶合金
CN117626141A (zh) * 2024-01-26 2024-03-01 乌镇实验室 一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989517A (en) * 1974-10-30 1976-11-02 Allied Chemical Corporation Titanium-beryllium base amorphous alloys
USRE30080E (en) * 1975-04-28 1979-08-21 Allied Chemical Corporation Titanium-beryllium base amorphous alloys
US20090014096A1 (en) * 2007-06-18 2009-01-15 Aaron Wiest HIGH CORROSION RESISTANT Zr-Ti BASED METALLIC GLASSES
CN101397644A (zh) * 2008-07-22 2009-04-01 北京科技大学 一种Ti基大块非晶合金及其生产方法
CN101886234A (zh) * 2010-07-14 2010-11-17 北京科技大学 一种Zr-Cu-Al-Be系大块非晶合金及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989517A (en) * 1974-10-30 1976-11-02 Allied Chemical Corporation Titanium-beryllium base amorphous alloys
USRE30080E (en) * 1975-04-28 1979-08-21 Allied Chemical Corporation Titanium-beryllium base amorphous alloys
US20090014096A1 (en) * 2007-06-18 2009-01-15 Aaron Wiest HIGH CORROSION RESISTANT Zr-Ti BASED METALLIC GLASSES
CN101397644A (zh) * 2008-07-22 2009-04-01 北京科技大学 一种Ti基大块非晶合金及其生产方法
CN101886234A (zh) * 2010-07-14 2010-11-17 北京科技大学 一种Zr-Cu-Al-Be系大块非晶合金及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106734945A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 常州世竟液态金属有限公司 一种提高非晶态合金致密度的方法
CN107653424A (zh) * 2017-11-16 2018-02-02 康硕电气集团有限公司 一种Ti‑Al基非晶合金粉末材料、制备方法及其应用
CN110923587A (zh) * 2019-12-20 2020-03-27 常州世竟液态金属有限公司 一种低密度钛基块体非晶合金
CN117626141A (zh) * 2024-01-26 2024-03-01 乌镇实验室 一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法
CN117626141B (zh) * 2024-01-26 2024-04-26 乌镇实验室 一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102268618B (zh) 2012-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106756647B (zh) 一种无铍无镍的高塑性锆基块体非晶合金及其制备方法
US9334553B2 (en) Zirconium based bulk metallic glasses
CN102031463B (zh) 一种具有室温塑性的锆基非晶合金的制备方法
CN108842076B (zh) 一种Ni-Co-Cr-Ti-Ta系高熵共晶合金及其制备方法
US20130333814A1 (en) Titanium-based bulk amorphous matrix composite and method of fabricating thereof
CN102268618B (zh) 一种高比强度轻质钛基非晶合金
CN106521236B (zh) 一种含Fe的低成本近β型高强钛合金及其制备方法
CN107699822A (zh) 一种高熵块体非晶合金及其制备方法
CN108220741B (zh) 一种生物医用高熵合金及其制备方法
CN109252112B (zh) 一种具有超大非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法
WO2015035845A1 (zh) 一种锆基非晶合金及其制备方法
CN101713055A (zh) Mg-Ni-Gd-Ag系块体非晶合金及其制备方法
CN104775082A (zh) 一系列具有室温压缩超塑性的Zr-Al-Ni-Cu块体金属玻璃
CN102071370A (zh) 强耐蚀Zr-Al-Ni-Nb块体非晶合金
CN102080196A (zh) 一种锆基非晶合金及其制备方法
US20210102280A1 (en) Zr-based amorphous alloy and manufacturing method thereof
CN111636026B (zh) 一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法
CN108504966B (zh) 一种钴基块体非晶合金及其制备方法
CN104513938B (zh) 一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法
CN101148728A (zh) 一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
Dong et al. Microstructure and properties of multi-component AlxCoCrFeNiTi0. 5 high-entropy alloys
CN101550522B (zh) 一种能同时提高强度和塑性的钛基块体非晶合金
CN102952969B (zh) 大尺寸Zr基准晶材料及其制备方法
CN102392200B (zh) 一种高锆含量的塑性ZrAlFe块体非晶合金及其制备方法
CN101691645A (zh) 具有良好非晶形成能力的Gd-Co-Al-Zr大块金属玻璃及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant