CN105420642B - 一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法 - Google Patents

一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105420642B
CN105420642B CN201510834066.5A CN201510834066A CN105420642B CN 105420642 B CN105420642 B CN 105420642B CN 201510834066 A CN201510834066 A CN 201510834066A CN 105420642 B CN105420642 B CN 105420642B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
amorphous
titanium
metal
nitrogen oxygen
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.)
Active
Application number
CN201510834066.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105420642A (zh
Inventor
吕昭平
曹迪
王辉
吴渊
刘雄军
雷智锋
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.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
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 University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201510834066.5A priority Critical patent/CN105420642B/zh
Publication of CN105420642A publication Critical patent/CN105420642A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105420642B publication Critical patent/CN105420642B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法，该非晶合金的原子百分比表达式(TiaCubZrcNidSne)nNpOq,且各组分：20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5且a+b+c+d+e=100,n+p+q=100。步骤：将金属原料Ti、Cu、Zr、Ni、Sn按摩尔比称量，同时加入氮化物和氧化物后在非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里熔炼，然后真空吸铸或浇铸获得合金。本发明通过添加N、O中的一种或两种元素提高非晶合金的非晶形成能力和压缩塑性。最大临界尺寸达到5mm。抗压强度超过2000MPa，断裂应变超过5.7%。

Description

一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法
技术领域
本发明属于设计金属材料及其制备领域，提供了一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法。
背景技术
非晶态合金(金属玻璃)是具有特殊原子排列方式与优异性能的新型金属材料。与传统金属材料具有长程有序的原子排列不同，非晶态合金的原子排列具有长程无序短程有序的结构特征，在其微观组织中不存在晶界、位错等缺陷。因此非晶态合金表现出传统晶态合金无法比拟的高强度、高硬度、高弹性极限、低模量以及耐腐蚀等优异的性能，有望成为新一代结构和功能金属材料，应用前景广阔。
钛基非晶与其非晶合金相比，具有高比强度，低模量，生物相容性优异等特性，在轻质结构材料、航空航天和生物医学等方面展现十分明显的优势。然而，与其他非晶合金体系(如锆基和稀土基非晶)相比，钛基非晶的形成能力有限，临界尺寸较小。通常提高钛基非晶合金形成能力，往往通过添加剧毒的Be或高成本的Pd、Pt等合金化元素实现。另外，由于非晶合金的形成对杂质元素与制备环境的要求苛刻，非晶材料的制备过程中，需要高纯元素作为原料，在高真空或高纯氩气保护环境下进行冶炼，严重限制了非晶材料的制备成本。
钛基非晶合金的力学性能和其他的非晶态合金类似，受载荷作用表现出脆性断裂特征，大部分钛基非晶合金没有塑性变形能力。非晶态合金的塑性变形集中在宽度只有几十纳米的剪切带内，由于缺乏阻碍剪切带滑动、诱发多重剪切带的机制，主剪切带一旦形成，在应力作用下，剪切带迅速扩展，导致材料断裂失效。
由于非晶态合金的形成能力低塑性变形能力差，非晶态合金的工业应用严重受限，通过合金化来提高非晶形成能力和塑性的是目前最常用的方法。但合金化往往意味着牺牲成本、比强度和环境友好特性。本发明使用N、O元素的合金化来提高钛基非晶合金的形成能力，并同时提高其压缩塑性。N、O元素的添加也意味着该类钛基合金的可以在低真空条件下制备。
发明内容
本发明是开发出具有非晶形成能力强，有一定压缩塑性的钛基非晶合金，随着N、O元素的添加，非晶的形成能力和压缩断裂强度提高，同时O元素的添加也可以提高该系列钛基非晶的压缩塑性。
本发明是通过如下技术方案实现：一种氮氧合金化的钛基非晶合金，所述非晶合金材料通过微合金化N、O中的一种或两种元素显著提高合金的非晶形成能力和压缩塑性。
该非晶合金的原子百分比表达式为(TiaCubZrcNidSne)nNpOq,且各组分：20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5；且a+b+c+d+e＝100,n+p+q＝100，a、b、c、d、e、p、q之和为100。
进一步，该非晶合金的原子百分比表达(TiaCubZrcNidSneMf)nNpOq，且各组分：20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5,且a+b+c+d+e+f＝100，n+p+q＝100,M为I、J、L或K中的一种或多种，其中I为C、B、Al、Si、P、Ga、In、Pb、Ge、As、Sb、Te中的至少一种；J为Mn、Fe、Co、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、Cd、Ru、Re、Os、Ir中的至少一种；K为V、Ta、Hf、Nb、Cr、W、Mo、Y、Mg、Ca中的至少一种；L取自稀土元素，a、b、c、d、e、f、p、q之和为100。
所述的氮氧合金化的非晶合金材料成分的原子百分比表达式为(TiaCubZrcNidSneIf)nNpOq，其中I为C、B、Al、Si、P、Ga、In、Pb、Ge、As、Sb、Te中的至少一种，其中20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5。
所述的氮氧合金化的非晶合金材料成分的原子百分比表达式为(TiaCubZrcNidSneJf)nNpOq，其中J为Mn、Fe、Co、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、Cd、Ru、Re、Os、Ir中的至少一种，其中20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5,且a+b+c+d+e+f＝100，n+p+q＝100。
所述的氮氧合金化的非晶合金材料成分的原子百分比表达式为(TiaCubZrcNidSneKf)nNpOq，其中K为V、Ta、Hf、Nb、Cr、W、Mo、Y、Mg、Ca中的至少一种，其中20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5,且a+b+c+d+e+f＝100，n+p+q＝100。
所述的氮氧合金化的非晶合金材料成分的原子百分比表达式为(TiaCubZrcNidSneLf)nNpOq，其中L为稀土元素中的至少一种，其中20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5,且a+b+c+d+e+f＝100，n+p+q＝100。
所述的氮氧合金化的非晶合金材料成分的原子百分比表达式为[TiaCubZrcNidSne(IJKL)f]nNpOq，其中I取自C、B、Al、Si、P、Ga、In、Pb、Ge、As、Sb、Te中的至少一种，J取自Mn、Fe、Co、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、Cd、Ru、Re、Os、Ir中的至少一种，K取自V、Ta、Hf、Nb、Cr、W、Mo、Y、Mg、Ca中的至少一种，L取自稀土元素中的至少一种，其中20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100,0≤p≤5,0≤q≤5,且a+b+c+d+e+f＝100，n+p+q＝100。
本发明的另一目的是提供上述合金的制备方法，具体包括以下步骤：
按照上述表达式的原子百分比换算成质量比称取各个原料，其中，N元素以粉体或块体氮化物的方式加入，O元素以粉体或块体氧化物的方式加入；
步骤2.将步骤1称取后原料和氮化物、氧化物的表面杂物去除，并使用工业乙醇清洗原料；
步骤3.将步骤2处理后的金属原料按熔点高低顺序堆放于坩埚中，将非金属原料包裹在金属原料内，在非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里熔炼，至少熔炼8次，使高熔点的氧化物氮化物完全溶解于合金中。待母合金充分熔炼均匀后，使用真空吸铸设备，将合金吸铸进入水冷铜模中，获得非晶合金材料。
本发明的非晶合金非晶形成能力强，最大临界尺寸达到5mm，压缩塑性优异。抗压强度超过2000MPa,断裂应变超过5.7％。
本发明的优点在于：
1、本发明所涉及的一系列钛基非晶合金，其非晶形成能力强，最大临界尺寸达到5mm。
2、本发明提供的氮氧合金化的钛基非晶合金材料的主要元素为普通纯金属原料，不含有毒或贵金属元素，TiN、TiO2也是普通的陶瓷原料，价格便宜，且具有制备方便，工艺简单，使用安全等优点。
4、本发明所涉及的氮氧合金化的钛基非晶合金材料强度高，压缩断裂强度超过2000MPa，最大断裂应变超过5.7％。
5、相比常规非晶合金，本发明所提供的氮氧合金化的钛基非晶合金材料可以在低真空下制备，成本大大降低。
附图说明
图1为(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金体系的XRD图谱。
图2为(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金的室温压缩应力应变曲线。
图3为(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金体系的XRD图谱。
图4为(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金的室温压缩应力应变曲线。
图5为(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpOq非晶合金形成能力汇总图。
图6为(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpOq非晶合金体系的XRD图谱。
图7为(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5M1)99.6N0.08O0.32(M＝Si,Co,Hf)非晶合金体系的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例子对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq系非晶合金的制备及性能
1、块体非晶合金的成分设计和制备
设计(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金成分，其中n＝99.95,99.9,99.8,99.7,99.5,分别对应q＝0.05,0.1，0.2，0.3和0.5，分别用O-0.05,O-0.1,O-0.2,O-0.3和O-0.5来表示。同时为了反映添加氧对该非晶合金的影响，本发明人还在同样制备条件下设计和制备了不含氧的Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5合金作为参考，在本文中表示为Basealloy,该合金仅作为参考合金，但是不在本专利要求范围内，特此说明。所设计合金成分见表1。
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金体系的制备过程如下：
(1)原料准备：本发明采用的冶炼原料为高纯(≥99.9％)Ti、Zr、Cu、Ni和Sn元素，去除原料表面的氧化皮，按照摩尔比进行称量配比，在酒精中用超声波振荡清洗干净，供熔炼合金使用，O元素以粉体或块体TiO2的形式直接加入。Ti元素的来源包括高纯Ti、和TiO2，Ti元素的总含量符合名义成分。
表1 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金体系的名义成分(at％)
(2)非晶合金的制备：本发明采用真空非自耗电弧熔炼合金。将金属原料按熔点高低顺序堆放在水冷铜坩埚里，将非金属原料包裹在金属原料内。至少熔炼8次，使高熔点的氧化物完全溶解于合金中。待母合金充分熔炼均匀，冷却后打开炉腔取出合金。
将炼好的合金锭在酒精中用超声波振荡清洗干净，然后使用真空吸铸设备，将合金吸铸进入水冷铜模中，获得Φ1.5-Φ5块体非晶合金圆柱状样品。
2、合金的结构与性能
1)X射线衍射(XRD)测试及相分析
采用金刚石精密切割机在吸铸的试样上截取不同直径、10mm高的圆柱，将圆柱依次使用240#、1000#、2000#的金相砂纸仔细研磨。研磨完的试样采用超声波清洗，使用X射线仪对各个样品进行相组成分析，扫描步长0.02s-1,扫描角度2θ的范围是20°到80°。
临界尺寸样品的XRD测试结果如图1所示，Basealloy的临界尺寸为3mm，当吸铸尺寸超过3mm，XRD曲线上出现尖锐的晶体相衍射峰。添加O元素后，非晶的形成能里明显提高，临界尺寸增加。其中O-0.05,O-0.1，O-0.2和O-0.5的临界尺寸为4mm，O-0.3的临界尺寸则达到了5mm。
2)准静态压缩实验
将吸铸制得的(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOqΦ2mm合金棒依次使用240#、1000#、2000#的金相砂纸将侧面研磨光滑。然后采用金刚石切割机截取Φ2×4mm的试样，并用金相砂纸将圆柱的两个端面打磨平整，后用丙酮超声波清洗干净。在CMT 4305型万能电子试验机上进行室温压缩测试，压缩速率统一为2×10-4，至少选取3个样品进行测试。实验所得结果如图2所示。从图2中可以看出
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金系具有很高的压缩断裂强度，超过了2000Mpa，Basealloy在屈服之后发生脆断，没有塑性变形，加入O元素后，非晶合金的塑性有所提高，其中O-0.1断裂时的应变达到5.7％。
表2 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金系室温压缩力学性能
3)差示扫描量热(DSC)实验和差热分析(DTA)实验
将吸铸制得的(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOqΦ1.5mm合金棒用金刚石切割机截取约20mg试样，用丙酮超声波清洗干净。在NETZSCH 404F3差示扫描量热仪中进行DSC和DTA实验，以20K/min的加热速率，在氧化铝坩埚中分别测量非晶合金的玻璃转变温度(Tg)、晶化温度(Tx)、合金熔点(Tm)和合金液相线温度(Tl)。
实验的具体热力学数据见表3。
表3 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nOq非晶合金的热力学参数
实施例2
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp系非晶合金的制备及性能
1、块体非晶合金的成分设计和制备
设计(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金成分，其中n＝99.95,99.9,99.8,99.7,分别对应p＝0.05，0.1，0.2和0.3，分别用N-0.05,N-0.1,N-0.2和N-0.3来表示。所设计合金成分见表4。
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金体系的制备过程如下：
(1)原料准备：本发明采用的冶炼原料为高纯(≥99.9％)Ti、Zr、Cu、Ni和Sn元素，去除原料表面的氧化皮，按照摩尔比进行称量配比，在酒精中用超声波振荡清洗干净，供熔炼合金使用，N元素以粉体或块体TiN的形式直接加入。Ti元素的来源包括高纯Ti、和TiN，Ti元素的总含量符合名义成分。
表4 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金体系的名义成分(at％)
(2)非晶合金的制备：本发明采用真空非自耗电弧熔炼合金。将金属原料按熔点高低顺序堆放在水冷铜坩埚里，将非金属原料包裹在金属原料内。至少熔炼8次，使高熔点的氮化物完全溶解于合金中。待母合金充分熔炼均匀，冷却后打开炉腔取出合金。
将炼好的合金锭子在酒精中用超声波振荡清洗干净，然后使用真空吸铸设备，将合金吸铸进入水冷铜模中，获得Φ1.5-Φ5块体非晶合金圆柱状样品。
2、合金的结构与性能
1)X射线衍射(XRD)测试及相分析
采用金刚石精密切割机在吸铸的试样上截取不同直径、10mm高的圆柱，将圆柱依次使用240#、1000#、2000#的金相砂纸仔细研磨。研磨完的试样采用超声波清洗，使用X射线仪对各个样品进行相组成分析，扫描步长0.02s-1,扫描角度2θ的范围是20°到80°。
临界尺寸样品的XRD测试结果如图3所示，N-0.1样品的临界尺寸达到了4mm，说明适量的N元素会提高钛基非晶合金的形成能力，但添加量超过0.1％时，非晶的临界尺寸变为2mm，说明过量的N添加对非晶的形成能力有害。相对O元素，钛基非晶的非晶形成能力对N元素更加敏感。
2)准静态压缩实验
将吸铸制得的(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpΦ2mm合金棒依次使用240#、1000#、2000#的金相砂纸将侧面研磨光滑。然后采用金刚石切割机截取Φ2×4mm的试样，并用金相砂纸将圆柱的两个端面打磨平整，后用丙酮超声波清洗干净。在CMT 4305型万能电子试验机上进行室温压缩测试，压缩速率统一为2×10-4S-1，至少选取3个样品进行测试。实验所得结果如图4所示。N元素的添加对该非晶合金的塑性几乎没有影响，但可以在一定程度上提高非晶的断裂强度，非晶的断裂强度随N含量的增加而提高。
表5 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金系室温压缩力学性能
3)差示扫描量热(DSC)实验和差热分析(DTA)实验
将吸铸制得的(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpΦ1.5mm合金棒用金刚石切割机截取约20mg试样，用丙酮超声波清洗干净。在NETZSCH 404F3差示扫描量热仪中进行DSC和DTA实验，以20K/min的加热速率分别测量非晶合金的玻璃转变温度(Tg)、晶化温度(Tx)、合金熔点(Tm)和合金液相线温度(Tl)。实验的具体热力学数据见表6。
表6 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNp非晶合金的热力学参数
实施例3
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpOq系非晶合金的制备及形成能力。
1、块体非晶合金的成分设计和制备
设计(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpOq非晶合金成分，其中p+q＝0.2,0.3，0.4和0.5，q:p＝3：1，4：1，5：1和6：1，其中n+p+q＝100，分别用O：N＝3:1，0.2；O：N＝3:1，0.3；O：N＝3:1，0.4；O：N＝3:1，0.5；O：N＝4:1，0.2；O：N＝4:1，0.3，O：N＝4:1，0.4，O：N＝4:1，0.5，O：N＝5:1，0.2，O：N＝5:1，0.3，O：N＝5:1，0.4，O：N＝5:1，0.5，O：N＝6:1，0.2，O：N＝6:1，0.3，O：N＝6:1，0.4和O：N＝6:1，0.5来表示。
(Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)nNpOq非晶合金体系的制备过程如下：
(1)原料准备：本发明采用的冶炼原料为高纯(≥99.9％)Ti、Zr、Cu、Ni和Sn元素，去除原料表面的氧化皮，按照摩尔比进行称量配比，在酒精中用超声波振荡清洗干净，供熔炼合金使用，O元素以粉体或块体TiO2的形式直接加入，N元素以粉体或块体TiN的形式直接加入。Ti元素的来源包括高纯Ti、TiO2和TiN，Ti元素的总含量符合名义成分。
(2)非晶合金的制备：本发明采用真空非自耗电弧熔炼合金。将金属原料按熔点高低顺序堆放在水冷铜坩埚里，将非金属原料包裹在金属原料内。至少熔炼8次，使高熔点的氧化物氮化物完全溶解于合金中。待母合金充分熔炼均匀，冷却后打开炉腔取出合金。
将炼好的合金锭子在酒精中用超声波振荡清洗干净，然后使用真空吸铸设备，将合金吸铸进入水冷铜模中，获得Φ1.5-Φ5块体非晶合金圆柱状样品。
2、X射线衍射(XRD)测试及相分析
采用金刚石精密切割机在吸铸的试样上截取不同直径、10mm高的圆柱，将圆柱依次使用240#、1000#、2000#的金相砂纸仔细研磨。研磨完的试样采用超声波清洗，使用X射线仪对各个样品进行相组成分析，扫描步长0.02s-1,扫描角度2θ的范围是20°到80°。其临界尺寸列于图5中，其对应的XRD曲线见图6。如图5，6可见，该合金可在较宽的成分范围内获得大于等于4mm的非晶合金样品。其中的非晶临界尺寸最大可达到5mm。
实施例4
(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5M1)nNpOq(M＝Si，Co，Hf)系非晶合金的制备及形成能力。
1、块体非晶合金的成分设计和制备
设计(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5M1)nNpOq非晶合金成分，其中a＝41.5，b＝40，c＝10，d＝5，e＝2.5，f＝1，n＝99.6，p＝0.08,q＝0.32，分别表示为NO-Si，NO-Co，NO-Hf来表示。
(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5M1)nNpOq非晶合金体系的制备过程如下：
(1)原料准备：本发明采用的冶炼原料为高纯(≥99.9％)Ti、Zr、Cu、Ni、Sn、Si、Co、Hf元素，去除原料表面的氧化皮，按照摩尔比进行称量配比，在酒精中用超声波振荡清洗干净，供熔炼合金使用，O元素以粉体或块体TiO2的形式直接加入，N元素以粉体或块体TiN的形式直接加入。Ti元素的来源包括高纯Ti、TiO2和TiN，Ti元素的总含量符合名义成分。
(2)非晶合金的制备：本发明采用真空非自耗电弧熔炼合金。将金属原料按熔点高低顺序堆放在水冷铜坩埚里，将非金属原料包裹在金属原料内。至少熔炼8次，使高熔点的氧化物氮化物完全溶解于合金中。待母合金充分熔炼均匀，冷却后打开炉腔取出合金。
将炼好的合金锭子在酒精中用超声波振荡清洗干净，然后使用真空吸铸设备，将合金吸铸进入水冷铜模中，获得Φ1.5-Φ5块体非晶合金圆柱状样品。
2、X射线衍射(XRD)测试及相分析
采用金刚石精密切割机在吸铸的试样上截取不同直径、10mm高的圆柱，将圆柱依次使用240#、1000#、2000#的金相砂纸仔细研磨。研磨完的试样采用超声波清洗，使用X射线仪对各个样品进行相组成分析，扫描步长0.02s-1,扫描角度2θ的范围是20°到80°。其临界尺寸对应的XRD曲线见图7。如图7可见，
(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Si1)99.6N0.08O0.32，(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Co1)99.6N0.08O0.32合金的临界尺寸为4mm，而(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Hf1)99.6N0.08O0.32合金的临界尺寸为5mm。
实施例5
本发明所研究的部分合金成分及性能列表
根据实施例1至例5的方法制备各种配比的氮氧共合金化的Ti基非晶合金，其临界尺寸参数列于表7中。
表7.本发明所研究的部分合金成分、临界尺寸
实例 合金成分 临界尺寸(mm)
1 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.95O0.05 4
2 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.9O0.1 4
3 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8O0.2 4
4 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8O0.3 5
5 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.5O0.5 4
6 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.5N0.05 3
7 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.9N0.1 4
8 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8N0.2 2
9 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8N0.3 2
10 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8N0.067O0.133 4
11 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8N0.05O0.15 3
12 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8N0.04O0.16 5
13 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.8N0.033O0.167 4
14 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.7N0.1O0.2 4
15 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.7N0.075O0.225 4
16 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.7N0.06O0.24 5
17 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.7N0.05O0.25 4
18 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.6N0.133O0.267 4
19 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.6N0.1O0.3 5
20 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.6N0.8O0.32 5
21 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.6N0.067O0.333 5
22 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.5N0.167O0.333 3
23 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.5N0.125O0.375 3
24 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.5N0.1O0.4 5
25 (Ti42.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5)99.5N0.083O0.417 4
26 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Si1)99.6 N0.08O0.32 4
27 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Co1)99.6 N0.08O0.32 4
28 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Hf1)99.6 N0.08O0.32 5
29 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Fe1)99.6 N0.08O0.32 4
30 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Ga1)99.6 N0.08O0.32 4
31 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Ag1)99.6 N0.08O0.32 4
32 (Ti42Cu40Zr10Ni5Sn2.5Nb0.5)99.6 N0.08O0.32 4
33 (Ti42Cu40Zr10Ni5Sn2.5Ta0.5)99.6 N0.08O0.32 3
34 (Ti42Cu40Zr10Ni5Sn2.5W0.5)99.6 N0.08O0.32 3
35 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Hf0.5Co0.5)99.6N0.08O0.32 4
36 (Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5Hf0.6Co0.2Si0.2)99.6N0.08O0.32 4

Claims (5)

1.一种氮氧合金化的钛基非晶合金，其特征在于，所述非晶合金材料通过微合金化N、O两种元素显著提高合金的非晶形成能力和压缩塑性，该非晶合金的原子百分比表达式为(TiaCubZrcNidSne)nNpOq,且各组分：20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，90≤n＜100, 0＜p≤5, 0＜q≤5；且a+b+c+d+e=100, n+p+q=100。
2.根据权利要求1所述的氮氧合金化的钛基非晶合金，其特征在于，该非晶合金的原子百分比表达(TiaCubZrcNidSneMf)nNpOq，且各组分：20＜a≤60，0＜b≤60，0＜c≤50，0＜d≤50，0＜e≤50，0＜f≤50，90≤n＜100, 0＜p≤5, 0＜q≤5,且a+b+c+d+e+f=100，n+p+q=100, M为I、J、L或K中的一种或多种，其中I为C、B、Al、Si、P、Ga、In、Pb、Ge、As、Sb、Te中的至少一种；J为Mn、Fe、Co、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、Cd、Ru、Re、Os、Ir中的至少一种；K为V、Ta、Hf、Nb、Cr、W、Mo、Mg、Ca中的至少一种；L取自稀土元素。
3.根据权利要求2所述的氮氧合金化的钛基非晶合金，其特征在于，非晶合金的表达式为(Ti41.5Cu40Zr10Ni5Sn2.5M1)nNpOq，M=Si，Co，Hf，其中a=41.5，b=40，c=10，d=5，e=2.5，f=1，n=99.6，p=0.08,q=0.32。
4.一种制备如权利要求1-3中任一所述的氮氧合金化的钛基非晶合金的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1.按照设计表达式的原子百分比换算成质量比称取各个原料，其中，N元素以粉体或块体氮化物的方式加入，O元素以粉体或块体氧化物的方式加入；
步骤2.将步骤1称取后的原料和氮化物、氧化物的表面杂物去除并使用乙醇清洗；
步骤3.将步骤2处理后的金属原料按熔点高低顺序堆放于坩埚中，将非金属原料包裹在金属原料内，在非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里熔炼，至少熔炼8次，使高熔点的氧化物氮化物完全熔解于合金中，待母合金充分熔炼均匀后，使用真空吸铸设备，将合金吸铸到不同尺寸的水冷铜模中，获得非晶合金材料。
5.根据权利要求4所述的制备氮氧合金化的钛基非晶合金的方法，其特征在于，所述非晶合金材料非晶形成能力强，最大临界尺寸达到5mm，压缩断裂强度超过2000MPa，最大断裂应变超过5.7%。
CN201510834066.5A 2015-11-25 2015-11-25 一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法 Active CN105420642B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510834066.5A CN105420642B (zh) 2015-11-25 2015-11-25 一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510834066.5A CN105420642B (zh) 2015-11-25 2015-11-25 一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105420642A CN105420642A (zh) 2016-03-23
CN105420642B true CN105420642B (zh) 2017-08-25

Family

ID=55499173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510834066.5A Active CN105420642B (zh) 2015-11-25 2015-11-25 一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105420642B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106392363B (zh) * 2016-12-06 2020-02-21 北京航空航天大学 一种低Cu和Ni含量且不含Si元素的钛锆基非晶合金钎料及其制备方法
CN106702292B (zh) * 2016-12-12 2020-01-07 北京科技大学 含N的无Be无Ni高硬Zr基块体非晶合金及制备方法
CN109440058B (zh) * 2018-11-29 2020-08-11 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种含氮铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法
CN109722559B (zh) * 2019-03-14 2021-01-05 北京科技大学 一种氧合金化的铜锆/铪基非晶合金及其制备方法
CN110923587B (zh) * 2019-12-20 2021-08-10 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
CN111020412A (zh) * 2019-12-20 2020-04-17 常州世竟液态金属有限公司 一种环保型钛基块体非晶合金
CN116623107B (zh) * 2023-05-26 2024-02-09 燕山大学 一种具有优异压缩塑性的Zr基块体非晶合金及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101550522B (zh) * 2009-05-27 2011-01-26 清华大学 一种能同时提高强度和塑性的钛基块体非晶合金
CN103741080B (zh) * 2014-01-15 2016-02-17 西北工业大学 （Ti-Zr-Nb-Cu-Be）-O系非晶复合材料及其制备方法
CN104264082B (zh) * 2014-09-28 2016-09-14 南京工程学院 一种氮元素掺杂强韧化金属玻璃复合材料及其制备方法
CN104513938B (zh) * 2014-12-23 2018-02-16 清华大学 一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105420642A (zh) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105420642B (zh) 一种氮氧合金化的钛基非晶合金及其制备方法
CN105671404B (zh) 一种氮氧共合金化的TiZrHfNb基高熵合金及其制备方法
CN103710607B (zh) 一种氧强化的TiZrNbHfO高熵合金及其制备方法
CN109402482B (zh) 一种兼具高强度和高塑性的轻质高熵合金及其制备方法
CN105671392A (zh) 一种氮强化的TiZrHfNb基高熵合金及其制备方法
US9334553B2 (en) Zirconium based bulk metallic glasses
CN103602874A (zh) 高强度低弹性模量TiZrNbHf高熵合金及制备方法
CN110438387B (zh) 硅化物析出强化难熔高熵合金及其制备方法
WO2018107830A1 (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
Mathabathe et al. The vacuum melted ɣ-TiAl (Nb, Cr, Si)-doped alloys and their cyclic oxidation properties
WO2014078697A2 (en) Bulk nickel-phosphorus-boron glasses bearing chromium and tantalum
WO2019106922A1 (ja) 熱間金型用Ｎｉ基合金及びそれを用いた熱間鍛造用金型
CN114134385A (zh) 一种难熔中熵合金及其制备方法
CN105886966A (zh) 一种具有高热稳定性的锆基多组元非晶合金及其制备方法
CN110453131A (zh) 一种具有良好热加工性能的高熵合金及其制备方法
CN106702292A (zh) 含N的无Be无Ni高硬Zr基块体非晶合金及制备方法
WO2019107502A1 (ja) 熱間金型用Ｎｉ基合金及びそれを用いた熱間鍛造用金型、鍛造製品の製造方法
CN108504968B (zh) 具有不同晶化相种类和含量以及性能的Zr-Al-Ni-Cu块体金属玻璃
CN108165820B (zh) 一种短时超高强耐热钛合金及合金板材和制备方法
Klimová et al. Effect of Al content on microstructure of Ti-Al-Nb-C-Mo composites reinforced with carbide particles
CN113278861A (zh) 一种具有纳米相析出的高强度、高塑性的高熵合金及其制备方法
CN106244946B (zh) 一种含钼的高强塑性锆基非晶合金及制备方法
Gorzel et al. Constitution-based alloy selection for the screening of intermetallic Ti-Al-Fe alloys
Cristea et al. Shape memory NiTi and NiTiCu alloys obtained by spark plasma sintering process
Jiang et al. Effect of Cr on microstructure and oxidation behavior of TiAl-based alloy with high Nb

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant