CN103290250A - 一种低硬度b2型高韧性耐磨钌钪金属间化合物 - Google Patents
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Abstract
一种低硬度B2型高韧性耐磨钌钪金属间化合物，其特征在于：它是由按原子百分比50:50的钌Ru和钪Sc在电弧炉中氩气保护下熔配而成，熔配温度大于2200℃。本发明具有低硬度、高韧性、高耐磨性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种低硬度B2型高韧性耐磨钌钪（RuSc）金属间化合物。
背景技术
近一二十年来，人们开始研究开发金属间化合物材料，这是金属材料领域一个重要的转变，也是今后发展合金材料的主要方向之一。因为金属间化合物具有特殊晶体结构，使其具有固溶体材料所没有的性能。例如，固溶体材料通常随着温度的升高而强度降低，但某些金属间化合物的强度在一定范围内反而随着温度的升高而升高。尤其是金属间化合物由于具有原子的长程有序排列结构和结合力强的共价键，使得这类材料拥有优良的抗粘着磨损的能力，正在成为一类新兴的抗磨损材料。
虽然金属间化合物具有很大的应用潜能，但是它们硬而脆，极大地限制了金属间化合物在结构材料领域的应用。但是，最近的研究表明，具有B2结构的金属间化合物具有很好的塑性。尤其是由一种稀土元素和一种非稀土元素形成的具有B2结构的金属间二元化合物具有非常好的塑性，如YAg，CeAg等，室温塑性可以达到6% 到 21 %。Ames Lab 研究人员研究发现，具有RM（R为稀土元素，M为2族或者6-8族元素）的B2金属间化合物还有很好的塑性和韧性。
RuSc合金是一种典型的B2型金属间化合物。钌（Ru）同铑、钯、锇、铱和铂称为铂族金属。钌是一种白色坚硬的金属。室温下，在空气中非常稳定，800℃以上才会出现氧化。一般情况下，在酸和王水中腐蚀非常缓慢。钪（Sc）是过渡族元素，但是它的外层电子结构为3d14s2，这样的结构使得它的化学和冶金性质与镧系金属相似，而Sc比镧具有更好的抗氧化性，因此含有Sc的金属间化合物具备一定的抗氧化性。
在前期的实验中发现RuSc合金非常耐磨以至于使用低速金刚石片锯都不能有效的切削。材料的抗磨性与材料的硬度有关，然而，RuSc合金的硬度并不高，仅为HV156。因此，RuSc金属间化合物是一种很有潜力的抗磨高温结构材料。
发明内容
本发明的目的正是为了提供一种具有B2型低硬度高韧性耐磨金属间化合物——低硬度B2型高韧性耐磨钌钪（RuSc）金属间化合物。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的低硬度B2型高韧性耐磨钌钪（RuSc）金属间化合物是由按原子百分比50:50的钌Ru和钪Sc在电弧炉中氩气保护下熔配而成，熔配温度大于2200℃。
本发明的有益效果如下：
本发明的化合物具有低硬度、高韧性、高耐磨性等优点。
附图说明
图1 Ru-Sc二元相图。
图2 RuSc金属间化合物熔锭。
图3 石英玻璃管中进行均匀化热处理。
图4 均匀化退火后RuSc 底部向上观察至顶部自由表面的微观组织。
图5 RuSc合金的硬度测试压痕。
图6 RuSc合金压缩试样。
图7 RuSc合金压缩式样微观组织。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
本发明的低硬度B2型高韧性耐磨钌钪（RuSc）金属间化合物是由按50:50等原子比称取的金属纯度分别为99.995 wt.% 钪Sc和 99.9748 wt%钌Ru在电弧炉中氩气保护下熔配而成，熔配温度大于2200℃。
如图1所示：RuSc是具有确定成分的金属间化合物，等原子比的RuSc高于2200℃为均匀的熔体，冷却到2200℃熔体开始结晶，形成RuSc金属间化合物，从凝固一直冷却到500℃没有任何相变发生，从500℃到室温也没有发现500℃以下的相变。
在成分偏离等原子比的时候，凝固过程中除了形成RuSc金属间化合物，还会发生包晶反应。对于小于50%Sc（如40%Sc～<50%Sc）的Ru-Sc合金，在凝固过程中会首先形成RuSc金属间化合物，待冷却到1840℃时，发生包晶反应，由液相与RuSc生成Ru2Sc。对于大于50%Sc（如>50%Sc～70%Sc）的Ru-Sc合金，在凝固过程中会首先形成RuSc金属间化合物，待冷却到1510℃时，发生包晶反应，由液相与RuSc生成Ru4Sc11。
熔炼过程中，为了得到均匀的RuSc金属间化合物，熔炼的纽扣状试样熔炼了7次，为了克服与电弧炉水冷Cu炉底接触部分和顶面部分的成分偏析，每次熔化之间将金属块翻转180°。配制的RuSc金属间化合物被密封在充有氩气的石英玻璃管中进行均匀化热处理，如图2、3所示。
为了考察RuSc的组织，将通过均匀化退火后的纽扣试样沿着纵向切开，从与电弧炉接触的底部向上观察至顶部自由表面。试样抛光后，经过6 ml HF + 4 ml HNO3 + 40 ml H2O腐蚀液腐蚀，用金相显微镜和SEM观察组织，如图4所示。
对试样进行压缩试验，结果表明表面具有明显的收缩，收缩坑没有任何裂纹。这意味着该合金在高温下具有比较好的的塑性。测得的硬度平均值为HV 156。测试硬度后用金相显微镜观察了压痕的形状，如图5所示。压痕尖角处没有任何裂纹，压痕周边明显下凹，表明室温下材料有好的塑性。
采用3×3.3×6.5 mm3的压缩试样进行了压缩试验，结果表明，室温下RuSc的压缩率为36%，压缩强度为2128MPa。由此可见，材料具有很高的压缩强度和高的塑性。压缩后断裂主要为沿晶界断裂，部分穿晶断裂表明，材料具有较好的抗晶界断裂的能力，如图6和图7所示。
由于硬度不高，为此认为试样不应该难于切割，为此，本发明在实验中采用了2种手段对试样进行切割，结果发现试样非常难于切割，表明材料具有很好的耐磨性能。首先，采用4英寸金刚石锯片，150g载荷，Buehler Isocut切割液体，在Buehler Isomet Low Speed Saw上对8g试样进行切割，用了20天时间，切割面积< 0.5 cm2。然后采用SM-155 Booster Module EDM线切割进行切割，采用的参数为峰值电流1/8，电弧持续时间32 μsec，8g试样纵向切割用时48h。由此可见，该试样具有非常好的耐磨性能。
Claims (1)
1.一种低硬度B2型高韧性耐磨钌钪金属间化合物，其特征在于：它是由按原子百分比50:50的钌Ru和钪Sc在电弧炉中氩气保护下熔配而成，熔配温度大于2200℃。
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| CN2013102551606A CN103290250A (zh) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 一种低硬度b2型高韧性耐磨钌钪金属间化合物 |
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| CN2013102551606A Pending CN103290250A (zh) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 一种低硬度b2型高韧性耐磨钌钪金属间化合物 |
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| CN (1) | CN103290250A (zh) |
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2013
- 2013-06-24 CN CN2013102551606A patent/CN103290250A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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