CN104388844B - 一种用于制造Zr‑Ti‑Be‑Co块状非晶合金材料的制备方法 - Google Patents

一种用于制造Zr‑Ti‑Be‑Co块状非晶合金材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于制造Zr‑Ti‑Be‑Co块状非晶合金材料的制备方法。包括：a、按照如下原子百分比锆锆41％，钛17％，铍23％，钴19％进行配料；b、去除金属材料的表面氧化层；c、将锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，在氩气气氛中反复熔炼5次，即母合金；d、将母合金放入石英管中，对石英管进行抽真空，使其真空度达到1×10‑3Pa～2×10‑3Pa，加热至1000℃～1100℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，即形成Zr‑Ti‑Be‑Co块状非晶合金材料试样。本发明的有益效果是：在提高了非晶材料的断裂强度，提升了材料的力学性能。

Description

一种用于制造Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法
技术领域
本发明属于非晶合金材料领域，特别涉及用于制造Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法。
背景技术
非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。这种非晶合金具有许多独特的性能，由于其性能优异、制造工艺简单，得到了广泛的应用。
非晶合金根据其所含主要物质的不同可分为：锆基、钯基、镁基、铁基、铜基、镧基等。其中锆基非晶合金因其具有较高的非晶形成能力和独特的力学性能已引起人们的广泛关注。其中Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5(下标为各个物质的原子百分数)的非晶合金的商品名称为“非晶1号”，目前已在体育器材、精密仪器、医疗卫生用品、航空结构材料、穿甲弹芯材料、穿甲防护材料等方面获得了应用。
但是现有的非晶材料在力学性能上仍需有待改善，因此一种具有优异的断裂强度的块状非晶合金成为解决问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的断裂强度的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明包括如下的技术方案：
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍和钴的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆41％，钛17％，铍23％，钴19％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍和钴的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍和钴的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1×10-3Pa～2×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1000℃～1100℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样。
作为进一步优选，步骤a中所述的锆、钛、铍和钴的块状金属的纯度为99.9％。
作为进一步优选，所得的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样的最大形成尺寸为8mm。
作为进一步优选，所得的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样的最大断裂强度为2210MPa。
本发明的有益效果是：在提高了非晶材料的断裂强度，提升了材料的力学性能。
附图说明
图1实施例1和对比例1的XRD图谱。
图2实施例1和对比例1的DSC曲线。
图3实施例1和对比例1的应力—应变曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料，由下列物质按如下原子百分比组成：锆38％，钛17％，铍22.5％，钴22.5％。
制备方法：
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍和钴的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆38％，钛17％，铍22.5％，钴22.5％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍和钴的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍和钴的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1000℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样。
经测试得，过冷液相区ΔTx＝47℃，非晶合金的最大形成尺寸为8mm，断裂强度为2230MPa。
实施例2
一种Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料，由下列物质按如下原子百分比组成：锆41％，钛14％，铍23％，钴22％。
制备方法：
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍和钴的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆41％，钛14％，铍23％，钴22％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍和钴的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍和钴的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到2×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1100℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样。
经测试得，过冷液相区ΔTx＝46℃，非晶合金的最大形成尺寸为8mm，断裂强度为2210MPa。
实施例3
一种Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料，由下列物质按如下原子百分比组成：锆41％，钛17％，铍23％，钴19％。
制备方法：
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍和钴的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆41％，钛17％，铍23％，钴19％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍和钴的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍和钴的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1.5×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1050℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样。
经测试得，过冷液相区ΔTx＝45℃，非晶合金的最大形成尺寸为8mm，断裂强度为2210MPa。
实施例4
一种Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料，由下列物质按如下原子百分比组成：锆39％，钛17％，铍23％，钴21％。
制备方法：
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍和钴的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆39％，钛17％，铍23％，钴21％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍和钴的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍和钴的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1.5×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1080℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样。
经测试得，过冷液相区ΔTx＝46℃，非晶合金的最大形成尺寸为8mm，断裂强度为2220MPa。
对比例1
由下列物质按如下原子百分比组成：锆38％，钛17％，铜12.5％，镍10％铍22.5％。
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍、铜和镍的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆38％，钛17％，铜12.5％，镍10％铍22.5％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍、铜和镍的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍、铜和镍的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍、铜和镍的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1000℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr38Ti17Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金材料试样。
经测试得，过冷液相区ΔTx＝78℃，非晶合金的最大形成尺寸为12mm，断裂强度为1820MPa。
如图1所示，在XRD衍射精度范围内，实施例1和对比例1的合金图谱仅由一个象征非晶相特征的大弥散峰组成，没有其它晶态相的衍射峰。说明实施例1和对比例1为单一的纯非晶结构。
如图2所示，实施例1的玻璃转变温度Tg：650℃，Tx：697℃。过冷液相区ΔTx＝Tx–Tg＝47℃。对比例1的玻璃转变温度Tg：588℃，Tx：666℃。过冷液相区ΔTx＝Tx–Tg＝78℃。由此可见，当钴取代镍和铜后，ΔTx大幅度减小，这说明非晶合金形成能力有所降低。
如图3所示，实施例1的断裂强度为2230MPa，对比例1的断裂强度为1820MPa。这就说明当钴取代镍和铜后，非晶合金的断裂强度明显提升，材料的力学性能得到了很大的改善。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (4)

1.一种用于制造Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法，其特征在于：
a、配料：选取高纯度的锆、钛、铍和钴的块状金属作为原料，按照如下原子百分比：锆41％，钛17％，铍23％，钴19％进行配料；
b、去除表面氧化层：打磨锆、钛、铍和钴的块状金属表面，去除其表面的氧化层，将去除氧化层后的锆、钛、铍和钴的块状金属放入丙酮溶液中清洗，并再通以超声波清洗5分钟；
c、熔炼：将真空电弧熔炼炉抽真空并充入105Pa高纯氩气作为保护气氛，然后将经过超声波清洗后的锆、钛、铍和钴的块状金属置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，即得到混合均匀熔融状态的母合金；
d、水淬：将所述熔融状态的母合金放入石英管中，对盛有母合金的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1×10-3Pa～2×10-3Pa，再将盛有母合金的石英管放入电阻炉中加热至1000℃～1100℃，快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，在石英管内即形成Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样。
2.如权利要求1所述的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的锆、钛、铍和钴的块状金属的纯度为99.9％。
3.如权利要求1所述的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法，其特征在于：所得的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样的最大形成尺寸为8mm。
4.如权利要求1所述的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料的制备方法，其特征在于：所得的Zr-Ti-Be-Co块状非晶合金材料试样的最大断裂强度为2210MPa。
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