CN106011697A - 调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法 - Google Patents

调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

一种调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，通过低温冷处理实现该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的调控。将Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样装入冷处理装置中，将该冷处理装置放入液氮罐中，使得液氮完全浸没石英玻璃管中的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样，待温度计示数达到77K时开始计时，浸泡1min～1周后取出室温下静置。本发明在提高Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性和抗老化能力的同时，还提供了低温的原子弛豫条件，使非晶从一亚稳态转变为另一能量更低亚稳态，提高其压缩塑性，使得其具有更加优异的综合力学性能。

Description

调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法
技术领域
本发明内容涉及钛基非晶复合材料热稳定性及机械性能的一种工艺调控方法，属于材料制备工艺技术领域内容。
背景技术
非晶合金具有长程无序，中短程缺位有序的结构，具有诸多不同于传统晶态合金的独特性能如高强度、高硬度、良好的耐磨性和抗腐蚀性、易于近净形加工成形等，是近20年材料领域的研究热点。但由于非晶合金在热力学上处于能量的亚稳态，在一定条件下存在自发向能量降低方向转化为晶态的可能性，物理上称为非晶晶化，即在较高温度时发生原子级弛豫过程而使其原有的某些优异性能损失，如金属玻璃的原子扩散系数以及铁磁金属玻璃的饱和磁化强度和居里温度，电阻率、比热、体积模量、杨氏模量等均会发生不利变化。这种时效作用导致非晶合金的老化、变脆，成为非晶合金实际工程应用的瓶颈问题。
相对于其它非晶合金而言，钛基非晶合金具有成本较低、比强度高以及杨氏模量适中等特点，因而越来越受到人们的关注，成为一种潜在的轻质结构材料。但由于缺乏位错滑移、孪生等变形机制，非晶的塑性很大程度上依赖于剪切带的运动，而剪切带的滑动与增殖极易局域化，形成单一主剪切带，其近乎为零的拉伸塑性大大限制了工程应用。在不大的应力下即会造成材料灾难性的断裂。在非晶基体上引入韧性的第二相(通常为晶态相)制成复合材料，可以在变形时限制剪切带的扩展和促进多重剪切带的萌生，从而使非晶复合材料具有良好的综合力学性能。钛基非晶复合材料不但具有其它非晶复合材料良好的塑性，同时又兼具了钛基非晶高比强度的特点，具有良好的应用前景。对于此类材料如何调整工艺增强非晶合金的热稳定性，即依靠低温的原子弛豫由非晶合金的亚稳态过渡为较为稳定的另一亚稳态，对于保留或提高其优异的综合性能具有重要的指导意义。
西北工业大学(王鹏，寇宏超，白洁等.塑性钛基非晶复合材料的制备及性能[J].复合材料学报,2012(29))设计出成分为Ti(44+x)Zr20Nb12Cu5Be(19-x)的一系列钛基非晶复合材料，通过测试发现其中成分为Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料具有非常良好的综合力学性能，其压缩屈服强度为1370MPa，压缩塑性为33.8％，具有一定的应用潜力。
近些年来，国内外学者通过静载、表面喷丸、离子辐照等多种工艺来解决非晶合金的老化问题，这些方法都能发挥一定的抗老化作用，使得非晶的某些性能如塑性变形得到了不同程度的提高。如物理所非晶研究组和剑桥(Z.Lu,W.Jiao,W.H.Wang et al.Phys.Rev.Lett.113,045501,2014)合作发展的一种简单室温缠绕法可以方便、有效地调制非晶合金La75Ni7.5Al16Co1.5、Pd40Ni10Cu30P20等中的流动单元浓度，实现非晶合金中的室温塑性变形。但存在剪切带难于调控，只能影响非晶合金表面性能，成本的下降空间较小等问题。
物理所非晶研究组与剑桥大学、日本东北大学(S.V.Ketov,Y.H.Sun,S.Nachum.et al.Rejuvenation of metallic glasses by non-affine thermal strain[J].Nature,2015,524(13):200-203)合作，发展出一种简单的温度循环处理工艺。该工艺将La55Ni20Al25、Cu46Zr46Al7Gd1等非晶合金在液氮或者液氦中浸泡几分钟，然后快速升温至室温并保持几分钟，经过数十次循环之后发现，非晶合金整体能量升高，表现为非晶合金DSC曲线晶化前结构弛豫放热峰得到明显的增强。热循环之后合金的硬度有明显的降低，压缩塑性增加到7％以上，并且表面剪切带的数量增加。这些结果表明，经过热循环处理之后流变单元的含量显著增加，非晶合金的结构更加不均匀，使得合金发生了恢复效应。即经过处理的非晶合金抗老化能力大大增强。清华大学(WANG Xin,SHAO Yang,GONG Pan.et al.Effect of thermal cycling on the mechanical properties ofZr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5alloy[J].Sci China-Phys Mech Astron,2012,55(12)：2357-2361.)研究了冷热循环对于Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金机械性能的影响，发现经过200次循环后其依然具有良好的热稳定性，得到了类似的结果。
目前国内外对于非晶合金热稳定性研究方向大多集中在某些特定成分的锆基、铁基及稀土基非晶合金等，研究内容多是工艺探索如室温缠结(强变形)，原子辐射，温度循环处理等。对于理论解释正在不断更新。这些研究现状对于应用广泛的钛基非晶复合材料Ti48Zr20Nb12Cu5Be15如何采用类似的方法和思想提高其热稳定性有很大探索价值。
发明内容
为克服Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料老化问题，提高其热稳定性，本发明提出了一种调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法。
本发明的具体过程是：
第一步，原料的表面处理。
第二步，配料。将Ti、Zr、Nb、Cu、Be各元素的原子百分比转换为质量百分比，按照熔炼所要获得的合金锭总质量计算各组成元素的质量，分别称取相应质量的经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料，用于后续的熔炼过程中。
第三步，制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。将经过表面处理的块状的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料一起放入真空电弧熔炼炉中，熔炼制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。
制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭时，采用电弧熔炼方法对各种元素的块状原料进行第一次熔炼，得到合金熔液。熔炼结束后，将得到的合金熔液降温凝固为合金锭；将得到的合金锭翻转180°，重复所述第一次熔炼的过程，进行第二次熔炼。所述重复熔炼的过程为三次。得到Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。熔炼过程中通高纯氩气保护。真空电弧熔炼炉的熔炼电流为400A，每次熔炼时间为5min。
第四步，喷铸。将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭破碎后，取6.7g的合金试样置于下端开有直径为0.5mm开口的石英坩埚内。将炉腔内的气压抽到6×10-3Pa后回充0.5个大气压的高纯氩气作为保护气氛。喷铸炉的感应线圈通电对石英坩埚内的合金试样加热至完全熔化。打开喷铸炉的喷气阀，向石英坩埚内注入高纯氩气，喷铸时喷铸气罐中高纯氩气的气压为2×104Pa，以保证有足够的气流将合金试样溶液从石英坩埚底部的开孔处快速喷出，石英坩埚内的合金试样溶液在高纯氩气气流的压力下喷铸至水冷的无氧铜模具中，形成Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样，所述喷铸炉熔炼的功率为12KW。
第五步，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15试样的表面处理。对获得的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的表面由粗到细依次打磨以获得抛光的表面状态。
第六步，调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性。
通过低温冷处理实现该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的调控。将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样装入冷处理装置中，将该冷处理装置放入液氮罐中，使得液氮完全浸没石英玻璃管中的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样，待温度计示数达到77K时开始计时，浸泡1min～1周后将所述的冷处理装置从液氮罐中取出，在室温下静置。得到经过调控热稳定性的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样。
所述的冷处理装置包括液氮瓶瓶盖、液氮瓶、石英玻璃管和低温温度计，所述的液氮瓶瓶盖的中心有耐低温塑料丝的过孔，在该耐低温塑料丝的过孔旁有低温温度计的插孔。所述液氮瓶瓶体的夹层内填充有绝热保温材料。石英玻璃管用耐低温塑料丝捆绑固定后耐低温塑料丝穿过液氮瓶瓶盖中心的过孔后固定，使得石英玻璃管悬吊在液氮瓶瓶盖的正下方。
由于采取的上述技术方案，使本发明具有以下优点：
1、通过低温温度计能够准确测定圆柱试样的实际温度，从而通过改变传感杆的高度和试样放置位置实现对处理状态的控制，处理操作过程不依赖操作者的主观经验。
2、采用低温冷处理方法在提高Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性和抗老化能力的同时，还可以提供了低温的原子弛豫条件，即使非晶从一亚稳态转变为另一能量更低亚稳态，提高其压缩塑性，使得其具有更加优异的综合力学性能。
图3是不同冷处理时间后Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料DSC热分析曲线。从图3中可以看出：冷处理1min后的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料的Tg、Tx温度与原始铸态的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料基本一致，随着冷处理时间的增加，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料的Tx温度明显提高，说明长时间的低温冷处理提高了Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料的热稳定性。
图4是低温冷处理后的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料室温压缩力学性能曲线，可以看出，随着冷处理时间的延长，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料的断裂塑性有所提高。
3、采用低温冷处理方法目前在铁基、锆基、镁基非晶合金中均可提高其热稳定性和抗老化能力，同时还可以有效调节非晶合金微观塑性流动单元浓度，作为非晶中添加第二相的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料本质的非晶弛豫现象明显依赖温度的规律使得本方法具有较大的探索性和可行性，也是对非晶复合材料冷处理提高热稳性的创新。
4、采用低温冷处理的方法不破坏样品，有效降低工艺处理成本，操作简单易于实现。
附图说明
图1是冷处理装置的结构示意图；
图2是Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料微观组织；
图3是不同冷处理时间后Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料DSC热分析曲线；
图4是低温冷处理后的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料室温压缩力学性能曲线；
图5是本发明得流程图。图中：
1.低温温度计；2.液氮瓶瓶盖；3.液氮瓶；4.耐低温塑料丝；5.石英玻璃管；6.Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样；7.液氮；8.冷处理时间为一周的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料DSC热分析曲线；9.冷处理时间为1d的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料DSC热分析曲线；10.冷处理时间为1min的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料DSC热分析曲线；11.原始状态的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料室温压缩应力-应变曲线；12.冷处理时间为1min的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料室温压缩应力-应变曲线；13.冷处理时间为1d的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料室温压缩应力-应变曲线；14冷处理时间为1周的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料室温压缩应力-应变曲线。
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，具体过程是：
第一步，原料的表面处理。将Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料用砂轮打磨掉表面氧化皮后浸泡在酒精中，采用超声波震荡去除油污等表面杂质，分别得到经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料；所述的Ti、Zr、Nb、Cu和Be均为块状。
第二步，配料。将Ti、Zr、Nb、Cu、Be各元素的原子百分比转换为质量百分比，按照熔炼所要获得的合金锭总质量计算各组成元素的质量，分别称取相应质量的经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料，用于后续的熔炼过程中。
第三步，制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。将经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料一起放入真空电弧熔炼炉中，熔炼制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。具体是：
真空电弧熔炼炉的熔炼电流为400A，采用常规的电弧熔炼方法，在对炉中的各种元素的块状原料进行第一次熔炼，熔炼时间为5min，得到合金熔液。
熔炼结束后，将得到的合金熔液在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中降温凝固为合金锭。将得到的合金锭翻转180°，重复所述第一次熔炼的过程，进行第二次熔炼，熔炼时间为5min。所述重复熔炼的过程为三次，以保证合金锭成分均匀。熔炼过程中通高纯氩气保护。熔炼结束后，得到Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。
第四步，喷铸。将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭破碎后，取6.7g的合金试样置于下端开有直径为0.5mm的开口的石英坩埚内。通过机械泵将炉腔内的气压抽到6×10-3Pa后，回充0.5个大气压的高纯氩气作为保护气氛。喷铸炉的感应线圈通电对石英坩埚内的合金试样加热至完全熔化。打开喷铸炉的喷气阀，向石英坩埚内注入高纯氩气，喷铸时喷铸气罐中高纯氩气的气压为2×104Pa，以保证有足够的气流将合金试样溶液从石英坩埚底部的开孔处快速喷出，石英坩埚内的合金试样溶液在高纯氩气气流的压力下喷铸至水冷的无氧铜模具中，形成直径为3mm长度为80mm的棒状的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样，所述喷铸炉熔炼的功率为12KW。
第五步，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料表面处理。将获得的直径为3mm长度为80mm的棒状Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料加持在手电钻上，采用80#、240#、400#、800#、1000#、1500#、2000#和3000#砂纸以及抛光布，由粗到细依次打磨棒材侧面，以去除Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料棒材的表面铸造缺陷并获得抛光的表面状态。
第六步，调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性。
将得到的经过抛光表面状态的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样6置于冷处理装置的石英玻璃管5中进行冷处理。通过对低温冷处理，以实现该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的调控。
所述的冷处理装置包括液氮瓶瓶盖2、液氮瓶3、石英玻璃管5和低温温度计1，所述的液氮瓶瓶盖2的中心有耐低温塑料丝4的过孔，在该耐低温塑料丝的过孔旁有低温温度计1的插孔。所述液氮瓶瓶体3的夹层内填充有绝热保温材料。石英玻璃管5用耐低温塑料丝4捆绑固定后耐低温塑料丝穿过液氮瓶瓶盖2中心的过孔后固定，使得石英玻璃管5悬吊在液氮瓶瓶盖2的正下方。
低温冷处理时，将该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样6置于石英玻璃管5内，所述低温温度计1从液氮瓶瓶盖2上的温度计插孔内穿过，使得低温温度计的测温端可以插入液氮瓶内，并调整该低温温度计测温端的悬挂高度，使该低温温度计的测温端的上端面与所悬挂的石英玻璃管的上端面位于同一水平面，以测定石英玻璃管中Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的实际温度。将装有Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的石英玻璃管5放入液氮罐中，使得液氮7完全浸没石英玻璃管中的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样。
待温度计的读数达到77K时开始计时，浸泡1min后将所述的冷处理装置从液氮罐中取出，在室温下静置。
本实施示例所获得的冷处理1分钟的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料Tg温度为377℃，Tx温度为451℃，过冷液相区宽度为74℃，塑性应变εp％约为37％。
实施例二
第一步，原料的表面处理。将Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料用砂轮打磨掉表面氧化皮后浸泡在酒精中采用超声波震荡去除油污等表面杂质，得到经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料。
第二步，配料。将Ti、Zr、Nb、Cu、Be各元素的原子百分比转换为质量百分比，按照熔炼所要获得的合金锭总质量计算各组成元素的质量，分别称取相应质量的经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料，用于后续的熔炼过程中。
第三步，制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。将经过表面处理的块状的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料一起放入真空电弧熔炼炉中，熔炼制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。具体是，真空电弧熔炼炉的熔炼电流为400A，采用常规的电弧熔炼方法，在对炉中的各种元素的块状原料进行第一次熔炼，熔炼时间为5min，得到合金熔液。熔炼结束后，将得到的合金熔液在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中降温凝固为合金锭；将凝固所得到的合金锭翻转180°，重复所述第一次熔炼的过程，进行第二次熔炼，熔炼时间为5min。所述重复熔炼的过程为三次，以保证合金锭成分均匀。熔炼过程中通高纯氩气保护。熔炼结束后，得到Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。
第四步，喷铸。将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭破碎后，取6.7g的合金试样置于下端开有直径为0.5mm开口的石英坩埚内。通过机械泵将炉腔内的气压抽到6×10-3Pa，然后回充0.5个大气压的高纯氩气作为保护气氛。喷铸炉的感应线圈通电对石英坩埚内的合金试样加热至完全熔化。打开喷铸炉的喷气阀，向石英坩埚内注入高纯氩气，喷铸时喷铸气罐中高纯氩气的气压为2×104Pa，以保证有足够的气流将合金试样溶液从石英坩埚底部的开孔处快速喷出，石英坩埚内的合金试样溶液在高纯氩气气流的压力下喷铸至水冷的无氧铜模具中，形成直径为3mm长度为80mm的棒状Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料，所述喷铸炉熔炼的功率为12KW。
第五步，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料表面处理。将获得的直径为3mm长度为80mm的棒状Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料加持在手电钻上，利用80#，240#，400#，800#，1000#，1500#，2000#，3000#砂纸以及抛光布，又粗到细依次打磨棒材侧面，去除Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料棒材的表面铸造缺陷并获得抛光的表面状态。
第六步，调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性。
将得到的经过抛光表面状态的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样6置于冷处理装置的石英玻璃管5中进行冷处理。通过对低温冷处理，以实现该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的调控。
所述的冷处理装置包括液氮瓶瓶盖2、液氮瓶3、石英玻璃管5和低温温度计1，所述的液氮瓶瓶盖2的中心有耐低温塑料丝4的过孔，在该耐低温塑料丝的过孔旁有低温温度计1的插孔。所述液氮瓶瓶体3的夹层内填充有绝热保温材料。石英玻璃管5用耐低温塑料丝4捆绑固定后耐低温塑料丝穿过液氮瓶瓶盖2中心的过孔后固定，使得石英玻璃管5悬吊在液氮瓶瓶盖2的正下方。
使用时，将该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样6置于石英玻璃管5内，所述低温温度计1从液氮瓶瓶盖2上的温度计插孔内穿过，使得低温温度计的测温端可以插入液氮瓶内，并调整该低温温度计测温端的悬挂高度，使该低温温度计的测温端的上端面与所悬挂的石英玻璃管的上端面位于同一水平面，以测定石英玻璃管中Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的实际温度。将装有Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的石英玻璃管5放入液氮罐中，使得液氮7完全浸没石英玻璃管中的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样。
待温度计的读数达到77K时开始计时，浸泡1天后将所述的冷处理装置从液氮罐中取出，在室温下静置。
该实施示例所获得的冷处理1天的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料Tg温度为375℃，Tx温度为456℃，过冷液相区宽度为81℃，塑性应变εp％约为40％。
实施例三
第一步，原料的表面处理。将Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料用砂轮打磨掉表面氧化皮后浸泡在酒精中采用超声波震荡去除油污等表面杂质，得到经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料。
第二步，配料。将Ti、Zr、Nb、Cu、Be各元素的原子百分比转换为质量百分比，按照熔炼所要获得的合金锭总质量计算各组成元素的质量，分别称取相应质量的经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料，用于后续的熔炼过程中。
第三步，制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。将经过表面处理的块状的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料一起放入真空电弧熔炼炉中，熔炼制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。具体是，真空电弧熔炼炉的熔炼电流为400A，采用常规的电弧熔炼方法，在对炉中的各种元素的块状原料进行第一次熔炼，熔炼时间为5min，得到合金熔液。熔炼结束后，将得到的合金熔液在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中降温凝固为合金锭；将凝固所得到的合金锭翻转180°，重复所述第一次熔炼的过程，进行第二次熔炼，熔炼时间为5min。所述重复熔炼的过程为三次，以保证合金锭成分均匀。熔炼过程中通高纯氩气保护。熔炼结束后，得到Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭。
第四步，喷铸。将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭破碎后，取6.7g的合金试样置于下端开有直径为0.5mm开口的石英坩埚内。通过机械泵将炉腔内的气压抽到6×10-3Pa，然后回充0.5个大气压的高纯氩气作为保护气氛。喷铸炉的感应线圈通电对石英坩埚内的合金试样加热至完全熔化。打开喷铸炉的喷气阀，向石英坩埚内注入高纯氩气，喷铸时喷铸气罐中高纯氩气的气压为2×104Pa，以保证有足够的气流将合金试样溶液从石英坩埚底部的开孔处快速喷出，石英坩埚内的合金试样溶液在高纯氩气气流的压力下喷铸至水冷的无氧铜模具中，形成直径为3mm长度为80mm的棒状Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料，所述喷铸炉熔炼的功率为12KW。
第五步，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料表面处理。将获得的直径为3mm长度为80mm的棒状Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料加持在手电钻上，利用80#，240#，400#，800#，1000#，1500#，2000#，3000#砂纸以及抛光布，又粗到细依次打磨棒材侧面，去除Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料棒材的表面铸造缺陷并获得抛光的表面状态。
第六步，调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性。
将得到的经过抛光表面状态的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样6置于冷处理装置的石英玻璃管5中进行冷处理。通过对低温冷处理，以实现该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的调控。
所述的冷处理装置包括液氮瓶瓶盖2、液氮瓶3、石英玻璃管5和低温温度计1，所述的液氮瓶瓶盖2的中心有耐低温塑料丝4的过孔，在该耐低温塑料丝的过孔旁有低温温度计1的插孔。所述液氮瓶瓶体3的夹层内填充有绝热保温材料。石英玻璃管5用耐低温塑料丝4捆绑固定后耐低温塑料丝穿过液氮瓶瓶盖2中心的过孔后固定，使得石英玻璃管5悬吊在液氮瓶瓶盖2的正下方。
使用时，将该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样6置于石英玻璃管5内，所述低温温度计1从液氮瓶瓶盖2上的温度计插孔内穿过，使得低温温度计的测温端可以插入液氮瓶内，并调整该低温温度计测温端的悬挂高度，使该低温温度计的测温端的上端面与所悬挂的石英玻璃管的上端面位于同一水平面，以测定石英玻璃管中Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的实际温度。将装有Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的石英玻璃管5放入液氮罐中，使得液氮7完全浸没石英玻璃管中的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样。
待温度计的读数达到77K时开始计时，浸泡1周后将所述的冷处理装置从液氮罐中取出，在室温下静置。
该实施示例所获得的冷处理1周的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料Tg温度为378℃，Tx温度为497℃，过冷液相区宽度为119℃，塑性应变εp％约为44％。

Claims (5)

1.一种调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，其特征在于，具体过程是：
第一步，原料的表面处理；
第二步，配料；将Ti、Zr、Nb、Cu、Be各元素的原子百分比转换为质量百分比，按照熔炼所要获得的合金锭总质量计算各组成元素的质量，分别称取相应质量的经过表面处理的Ti、Zr、Nb、Cu和Be块状原料，用于后续的熔炼过程中；
第三步，制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭；将经过表面处理的块状的Ti、Zr、Nb、Cu和Be原料一起放入真空电弧熔炼炉中，熔炼制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭；
第四步，喷铸；通过喷铸得到Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样；
第五步，Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的表面处理；对获得的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样的表面由粗到细依次打磨以获得抛光的表面状态；
第六步，调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性；通过低温冷处理实现该Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的调控；将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样装入冷处理装置中，将该冷处理装置放入液氮罐中，使得液氮完全浸没石英玻璃管中的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样，待温度计示数达到77K时开始计时，浸泡1min～1周后将所述的冷处理装置从液氮罐中取出，在室温下静置；得到经过调控热稳定性的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料试样。
2.如权利要求1所述调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，其特征在于，制备Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭时，采用电弧熔炼方法对各种元素的块状原料进行第一次熔炼，得到合金熔液；熔炼结束后，将得到的合金熔液降温凝固为合金锭；将得到的合金锭翻转180°，重复所述第一次熔炼的过程，进行第二次熔炼；所述重复熔炼的过程为三次；得到Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭；熔炼过程中通高纯氩气保护；真空电弧熔炼炉的熔炼电流为400A，每次熔炼时间为5min。
3.如权利要求1所述调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的冷处理装置包括液氮瓶瓶盖、液氮瓶、石英玻璃管和低温温度计，所述的液氮瓶瓶盖的中心有耐低温塑料丝的过孔，在该耐低温塑料丝的过孔旁有低温温度计的插孔；所述液氮瓶瓶体的夹层内填充有绝热保温材料；石英玻璃管用耐低温塑料丝捆绑固定后耐低温塑料丝穿过液氮瓶瓶盖中心的过孔后固定，使得石英玻璃管悬吊在液氮瓶瓶盖的正下方。
4.如权利要求1所述调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，其特征在于，将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶合材料试样装入石英玻璃管中时，将该石英玻璃管吊装在液氮瓶内，并稳定挂在液氮瓶盖上；温温度计亦吊装在液氮瓶内，调整所述低温温度计的测温端位置，使其与所悬挂的石英玻璃管位于同一水平高度上，从而准确的测定石英玻璃管中样品的实际温度。
5.如权利要求1所述调控Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料热稳定性的方法，其特征在于，喷铸时，将得到的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15非晶复合材料合金锭破碎后，取破碎得合金料置于石英坩埚内；将炉腔内的气压抽到6×10-3Pa后回充0.5个大气压的高纯氩气作为保护气氛；喷铸炉的感应线圈通电对石英坩埚内的合金试样加热至完全熔化；打开喷铸炉的喷气阀，向石英坩埚内注入高纯氩气，使石英坩埚内的合金试样溶液在高纯氩气气流的压力下喷铸至水冷的无氧铜模具中；所述喷铸炉熔炼的功率为12KW；喷铸气罐中高纯氩气的气压为2×104Pa。
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