CN110923587A - 一种低密度钛基块体非晶合金 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非晶合金技术领域,具体涉及一种低密度钛基块体非晶合金,所述钛基块体非晶合金的组成通式为:TiaZrbMcNdPeRefOg,所述M为Ni和/或Cr,所述N为Cu、Nb、Mn、Hf、W、V中的一种或几种,所述P为Li、Si、Mg、Be、Al中的一种或几种;所述Re为稀土元素,所述a、b、c、d、e、f、g为各元素的原子百分比,所述50≤a≤75,5≤b≤20,5≤c≤25,0≤d≤5,1≤e≤10,0≤f≤2,0≤g≤1。本发明的非晶合金以钛作为主要元素,锆为辅助元素,由于相对于锆基非晶合金来说,钛基非晶合金的非晶形成能力相对较弱,因此复配其他元素,在降低密度的情况下不影响非晶形成能力和非晶合金的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于非晶合金技术领域,具体涉及一种低密度钛基块体非晶合金。
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,得到原子排列组合上具有短程有序、长程无序的特点,组成它物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性,没有晶态合金的晶粒、晶界存在。与晶态合金相比,非晶合金由于缺乏原子排列周期的对称性和各向异性,因此具有许多独特的性能,如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性,高的电阻率和机电耦合性能等。
钛基非晶合金因密度低,可显著降低非晶合金的重量,更加适用于对轻质要求较高的领域,如3C电子产品、航空航天等领域。但是,与锆基、铁基、镁基、钯基等非晶合金系相比,钛基非晶合金的非晶形成能力较小,因此,调整钛基非晶合金的配方成分,制备出非晶形成能力强,同时具有优异力学性能的钛基块体非晶合金非常有必要。
发明内容
为了获得非晶形成能力强,同时具有优异力学性能的低密度钛基块体非晶合金,本发明公开了一种低密度钛基块体非晶合金,该非晶合金以钛为主要元素,锆为辅助元素,并复配其他元素,在降低密度的情况下不影响非晶形成能力和力学性能。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种低密度钛基块体非晶合金,所述钛基块体非晶合金的组成通式为:TiaZrbMcNdPeRefOg,所述M为Ni和/或Cr,所述N为Cu、Nb、Mn、Hf、W、V中的一种或几种,所述P为Li、Si、Mg、Be、Al中的一种或几种;所述Re为稀土元素,所述a、b、c、d、e、f、g为各元素的原子百分比,所述50≤a≤75,5≤b≤20,5≤c≤25,0≤d≤5,1≤e≤10,0≤f≤2,0≤g≤1。
作为优选,上述Re为La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc中的一种或者几种。
作为优选,上述0≤g≤0.5。
作为优选,上述P为Be或Be与Li、Si、Mg、Al中的一种或几种。
作为优选,上述的低密度钛基块体非晶合金,由如下方法制备而成:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,加入其余金属原料,待完全熔化后将熔液倒入模具,冷却至室温即可。
作为优选,上述步骤(1)中的熔炼温度为1850-1950℃。
作为优选,上述步骤(2)中待Ti和Zr完全熔化后,降低温度至1250-1350℃,加入其余金属原料,并保持在1250-1350℃继续熔炼至完全熔化。
作为优选,上述步骤(2)中使用的模具为铜模具。
本发明具有如下的有益效果:(1)本发明的非晶合金以钛作为主要元素,锆为辅助元素,由于相对于锆基非晶合金来说,钛基非晶合金的非晶形成能力相对较弱,因此复配其他元素,在降低密度的情况下不影响非晶形成能力和非晶合金的力学性能;
(2)由于非晶合金中不可避免的会引入氧元素,而O元素的增加会导致合金晶化从而无法形成非晶,因此,选择Be作为必须添加的成分,可以有效降低体系中O的含量,从而降低O的有害作用,提高Ti基合金的非晶形成能力,另外,由于Be元素能够有效除O,对原材料的纯度要求降低,可以大幅降低生产成本;
(3)本发明严格选取各组分,并严格控制各组分用量,通过各组分之间的复配,弥补钛基非晶合金的非晶形成能力的不足,在获得低密度非晶合金的前提下,保证非晶形成能力,且不影响材料的力学性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1所制备合金棒的截面心部金相组织;
图2是本发明实施例2所制备合金棒的截面心部金相组织;
图3是本发明实施例3所制备合金棒的截面心部金相组织;
图4是本发明实施例4所制备合金棒的截面心部金相组织;
图5是本发明对比例1所制备合金棒的截面心部金相组织;
图6是本发明对比例2所制备合金棒的截面心部金相组织;
图7是本发明对比例3所制备合金棒的截面心部金相组织;
图8是本发明对比例4所制备合金棒的截面心部金相组织;
图9是本发明对比例5所制备合金棒的截面心部金相组织;
图10是本发明对比例6所制备合金棒的截面心部金相组织。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti50Zr17.5Ni5Cr15Cu3Nb5MgBeY2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
实施例2
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti60Zr15Cr10Hf5Nb5AlBe1.5Er2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
实施例3
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti65Zr16Ni5Cu3V4.5SiBe3La2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
实施例4
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti68Zr5Ni14Cr5.3Nb4LiBeYO0.7,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
实施例5
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti75Zr8Cr10Si2Mg4Be0.9O0.1,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
实施例6
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti60Zr20Ni15BeAl2YO,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
实施例7
本实施例所制备的钛基非晶合金组成为:Ti50Zr17.5Ni25CuNb2Mn2BeErO0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对比例1
本对比例所制备的非晶合金组成为:Zr55Ti13.5Cu5Ni10Al5Nb4Be5Y2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对比例2
本对比例所制备的非晶合金组成为:Zr65Ti10Ni10Al4Nb3.5Mg3Be2La2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对比例3
本对比例所制备的非晶合金组成为:Zr65Ti8Cu5Ni6Al5Hf3.5Si2Be3Y2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对比例4
本对比例所制备的非晶合金组成为:Zr68Ti5Cu5Ni8Al4Nb2.5Li3Be2Y2O0.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对比例5
本对比例所制备的非晶合金组成为:Ti68Zr5Ni14Cr5.3Nb4LiY2O0.7,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对比例6
本对比例所制备的非晶合金组成为:Ti80Zr4.5Cr8Si2Mg3BeO1.5,制备方法为:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源加热至1850-1950℃进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,降温至1250-1350℃,然后加入其余金属原料,通过观察窗观察到完全熔化后,将熔液倒入铜模具,冷却至室温,得到直径为4mm的合金棒。
对实施例1-7和对比例1-6所制备的合金棒进行测试,测试结果见表1。
表1
抗拉强度/MPa | 密度/g.cm<sup>-3</sup> | ΔT/℃ | |
实施例1 | 1105 | 5.6 | 65 |
实施例2 | 1050 | 5.4 | 62 |
实施例3 | 1065 | 5.4 | 64 |
实施例4 | 1145 | 5.3 | 63 |
实施例5 | 1168 | 5.2 | 69 |
实施例6 | 1055 | 5.3 | 60 |
实施例7 | 1082 | 5.5 | 66 |
对比例1 | 1050 | 6.6 | 67 |
对比例2 | 1045 | 6.7 | 60 |
对比例3 | 1100 | 6.7 | 63 |
对比例4 | 1120 | 6.8 | 68 |
对比例5 | / | 5.2 | 0(晶化) |
对比例6 | / | 5.1 | 0(晶化) |
从表1的数据可以看出,实施例1-7的钛基非晶合金能够获得与对比例1-4的锆基非晶合金相近的抗拉强度和非晶形成能力,但实施例1-7的钛基非晶合金具有更低的密度。从对比例5,当不添加Be时,无法形成非晶。从对比例6可以看出,O含量升高时也无法形成非晶。
从图1-8可以看出,实施例1-4的钛基非晶合金能够获得与对比例1-4的锆基非晶合金都获得了非晶态组织,从图9-10可以看出,对比例5-6为晶态组织,未形成非晶合金。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述钛基块体非晶合金的组成通式为:TiaZrbMcNdPeRefOg,所述M为Ni和/或Cr,所述N为Cu、Nb、Mn、Hf、W、V中的一种或几种,所述P为Li、Si、Mg、Be、Al中的一种或几种;所述Re为稀土元素,所述a、b、c、d、e、f、g为各元素的原子百分比,所述50≤a≤75,5≤b≤20,5≤c≤25,0≤d≤5,1≤e≤10,0≤f≤2,0≤g≤1。
2.如权利要求1所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述Re为La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc中的一种或者几种。
3.如权利要求1所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述0≤g≤0.5。
4.如权利要求1所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述P为Be或Be与Li、Si、Mg、Al中的一种或几种。
5.如权利要求1-4任一项所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:由如下方法制备而成:
(1)按比例称取各组分,先将Ti和Zr加入坩埚内,放入真空熔炼炉中,抽真空至50Pa以下,打开感应熔炼电源进行熔炼;
(2)通过观察窗观察到Ti和Zr完全熔化后,加入其余金属原料,待完全熔化后将熔液倒入模具,冷却至室温即可。
6.如权利要求5所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述步骤(1)中的熔炼温度为1850-1950℃。
7.如权利要求5所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述步骤(2)中待Ti和Zr完全熔化后,降低温度至1250-1350℃,加入其余金属原料,并保持在1250-1350℃继续熔炼至完全熔化。
8.如权利要求5所述的低密度钛基块体非晶合金,其特征在于:所述步骤(2)中使用的模具为铜模具。
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