CN111394613A - 抗空蚀钛铝锆合金及其制备工艺 - Google Patents

抗空蚀钛铝锆合金及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了抗空蚀钛铝锆合金及其制备工艺。形成所述钛铝锆合金的反应原料包括：5.9重量份～6重量份的铝；7.95重量份～12重量份的锆；和82重量份～88重量份的海绵钛。该钛铝锆合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。

Description

抗空蚀钛铝锆合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体地，涉及抗空蚀钛铝锆合金及其制备工艺。
背景技术
空蚀现象从发现至今已经100多年了，各国均投入了大量的人力和物力对空蚀问题开展研究，但效果不佳。因此，空蚀问题一直困扰着理论界和工程界，是至今没有解决的重大的工程和技术难题。空蚀现象广泛存在于流体机械的过流部件、舰艇螺旋桨等动力部件以及水工建筑的过流部位，每年因空蚀现象造成的损伤不仅可以给工农业部门造成严重的经济损失同时还会严重威胁到水中兵器的隐蔽性。空蚀过程中产生的噪声会严重暴露潜艇和鱼雷等水中兵器的位置，从而影响其的作战性能。空蚀的发生过程是由于低压区所形成的微气泡在高压区溃灭后所形成高速微射流打击材料表面，进而造成材料表面的严重损伤。因此，研发新型抗空蚀材料便成了空蚀研究的一项重要任务。
目前，随着舰船对于轻型化的日益重视，舰船上大量的管道系统逐渐采用钛合金制造，而在弯头等过流部位处容易发生空蚀现象，从而影响到钛合金在舰船上的应用。对于钛合金而言，TC4钛合金的产量占到了整个钛合金产量的一般以上，而TC4钛合金的抗空蚀性能一般，从而影响到TC4在舰船上的大规模应用。除了钛合金在军事装备上的应用因空蚀而受到限制外，TC4钛合金还大量用于超声波清洗设备的变幅杆制造，对于超声波清洗设备而言，变幅杆材料优异的抗空蚀性能是清洗设备长寿命的关键所在，而目前所用的变幅杆材料大都采用TC4钛合金，从实际应用来看，TC4钛合金的抗空蚀性能较差。
因此，现有的钛合金的相关技术仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种弹性模量高、具有优异的抗空蚀性能、具有优异的耐电化学腐蚀能力、在空蚀过程中的噪声水平低或者应用前景广阔的钛铝锆合金。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种钛铝锆合金。根据本发明的实施例，形成所述钛铝锆合金的反应原料包括：5.9重量份～6重量份的铝；7.95重量份～12重量份的锆；和82重量份～88重量份的海绵钛。发明人发现，该钛铝锆合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
根据本发明的实施例，所述反应原料包括以下至少之一：5.92重量份的铝、7.95重量份的锆和86.13重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、8.01重量份的锆和86.04重量份的海绵钛；5.98重量份的铝、7.97重量份的锆和86.05重量份的海绵钛；5.94重量份的铝、7.96重量份的锆和86.1重量份的海绵钛；5.93重量份的铝、11.95重量份的锆和82.12重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、11.98重量份的锆和82.07重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、11.95重量份的锆和82.15重量份的海绵钛；5.97重量份的铝、11.96重量份的锆和82.07重量份的海绵钛。
根据本发明的实施例，所述钛铝锆合金是通过下列步骤形成的：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；将所述第一预制合金锭进行第一高温处理，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；将所述第一锻件进行第二高温处理，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；将所述第二锻件进行退火处理。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备前面所述的钛铝锆合金的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；在930℃～970℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；将所述第二锻件进行退火处理，以便得到所述钛铝锆合金。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备前面所述的钛铝锆合金。
根据本发明的实施例，所述第一熔炼处理满足以下条件的至少之一：温度为1500℃～1800℃；时间为3h～4h；真空度不大于10-2Pa。
根据本发明的实施例，所述第二熔炼处理满足以下条件的至少之一：温度为1500℃～1700℃；时间为2.5h～4h；真空度不大于10-2Pa。
根据本发明的实施例，所述退火处理的温度为730℃～770℃，所述退火处理的时间为0.5h～1.5h。
根据本发明的实施例，所述方法包括：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空度不大于10-2Pa的条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块，其中，所述第一熔炼处理的温度为1500℃～1800℃，时间为3h～4h；在真空度不大于10-2Pa的条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭，其中，所述第二熔炼处理的温度为1500℃～1700℃，时间为2.5h～4h；在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；在930℃～970℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；在730℃～770℃的条件下，将所述第二锻件进行退火处理0.5h～1.5h，以便得到所述钛铝锆合金。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种钛铝锆合金。根据本发明的实施例，该钛铝锆合金是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该钛铝锆合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种工件。根据本发明的实施例，该工件的至少一部分是由前面所述的钛铝锆合金形成的，或者是由前面所述的方法制备的。发明人发现，该工件的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，使用寿命长，且具有前面所述的钛铝锆合金的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
附图说明
图1显示了本发明一个实施例的制备钛铝锆合金的方法的流程示意图。
图2显示了本发明实施例1和实施例2中所述的ASTM G32-10标准空蚀实验装置的结构示意图。
图3a显示了本发明实施例1中的钛铝锆合金和对比例1中的钛合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中空蚀不同时间内的空蚀失重量(1线为实施例1的空蚀失重量；3线为对比例1的空蚀失重量)。
图3b显示了本发明实施例1中的钛铝锆合金和对比例1中的钛合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中空蚀不同时间内的空蚀阻抗(1线为实施例1的空蚀阻抗；3线为对比例1的空蚀阻抗)。
图4显示了本发明实施例1中的钛铝锆合金和对比例1中的钛合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中空蚀不同时间后表面的SEM微观形貌(a图、b图、c图分别为对比例1中的钛合金空蚀60min、120min和180min；d图、e图、f图分别为实施例1中的钛铝锆合金空蚀60min、120min和180min，其中，比例尺的长度为20μm)。
图5a显示了本发明实施例2中的钛铝锆合金和对比例1中的钛合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中空蚀不同时间内的空蚀失重量(2线为实施例2的空蚀失重量；3线为对比例1的空蚀失重量)。
图5b显示了本发明实施例2中的钛铝锆合金和对比例1中的钛合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中空蚀不同时间内的空蚀阻抗(2线为实施例2的空蚀阻抗；3线为对比例1的空蚀阻抗)。
图6显示了本发明实施例2中的钛铝锆合金和对比例1中的钛合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中空蚀不同时间后表面的SEM微观形貌(a图、b图、c图分别为对比例1中的钛合金空蚀60min、120min和180min；d图、e图、f图分别为实施例2中的钛铝锆合金空蚀60min、120min和180min，其中，比例尺的长度为20μm)。
附图标记：
10：电源 20：恒温装置 30：测试样品 40：变幅杆 50：测试液体
具体实施方式
在本发明的一个方面，本发明提供了一种钛铝锆合金。根据本发明的实施例，形成所述钛铝锆合金的反应原料包括：5.9重量份～6重量份的铝；7.95重量份～12重量份的锆；和82重量份～88重量份的海绵钛。发明人发现，该钛铝锆合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
具体而言，在本发明的一些具体的实施例中，所述反应原料具体可以包括：5.92重量份的铝、7.95重量份的锆和86.13重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、8.01重量份的锆和86.04重量份的海绵钛；5.98重量份的铝、7.97重量份的锆和86.05重量份的海绵钛；5.94重量份的铝、7.96重量份的锆和86.1重量份的海绵钛；5.93重量份的铝、11.95重量份的锆和82.12重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、11.98重量份的锆和82.07重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、11.95重量份的锆和82.15重量份的海绵钛；5.97重量份的铝、11.96重量份的锆和82.07重量份的海绵钛。发明人经过大量周密的考察与实验验证后发现，当形成该钛铝锆合金的反应原料为以上任意一种时，所形成的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低，应用前景更加广阔。
根据本发明的实施例，进一步地，所述钛铝锆合金是通过下列步骤形成的：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；将所述第一预制合金锭进行第一高温处理，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；将所述第一锻件进行第二高温处理，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；将所述第二锻件进行退火处理。由此，形成所述钛铝锆合金的方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备前面所述的钛铝锆合金；同时，制备得到的所述钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低，应用前景更加广阔。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备前面所述的钛铝锆合金的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括以下步骤：
S100：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块。
根据本发明的实施例，所述反应原料的具体种类、配比等，与前面所述相同，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，将所述反应原料混合后进行所述压制处理的具体方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，得到的所述第一预制金属块的具体形状不受特别限制，例如，在本发明的一些实施例中，其可以是立方块，也可以是圆块，本领域技术人员可以理解，所述第一预制金属块的形状可以根据后续钛铝锆合金的使用需要来进行灵活选择的，在此不再过多赘述。
S200：在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一熔炼处理的温度可以为1500℃～1800℃。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第一熔炼处理的温度可以具体为1500℃、1600℃、1700℃、1800℃等。由此，所述第一熔炼处理的温度较为合适，其可以使得第一预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第二预制金属块，所形成的第二预制金属块具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一熔炼处理的时间为3h～4h。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第一熔炼处理的时间可以具体为3h、3.5h、4h等。由此，所述第一熔炼处理的时间较为合适，其可以使得第一预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第二预制金属块，所形成的第二预制金属块具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一熔炼处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
根据本发明的实施例，进一步地，在进行所述第一熔炼处理时，该反应体系的真空度不大于10-2Pa。由此，由于在所述第一熔炼处理进行的过程中，反应体系的真空度较低，因而，在整个反应过程中，不易引入其他杂质，进而可以使得所形成的第二预制金属块具有较佳的微观形貌，进而使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一熔炼处理具体可以是在真空自耗炉内进行的，所述真空自耗炉的具体型号、厂家等不受特别限制，只要能够较好地进行所述第一熔炼处理即可，其具体型号本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。由此，可以使得在进行所述第一熔炼处理时，具有前面所述的较低的真空度。
S300：在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二熔炼处理的温度可以为1500℃～1700℃。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第二熔炼处理的温度可以具体为1500℃、1600℃、1700℃等。由此，所述第二熔炼处理的温度较为合适，其可以使得第二预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第一预制合金锭，所形成的第一预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二熔炼处理的时间为2.5h～4h。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第二熔炼处理的时间可以具体为2.5h、3h、3.5h、4h等。由此，所述第二熔炼处理的时间较为合适，其可以使得第二预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第一预制合金锭，所形成的第一预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一熔炼处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
根据本发明的实施例，进一步地，在进行所述第二熔炼处理时，该反应体系的真空度不大于10-2Pa。由此，由于在所述第二熔炼处理进行的过程中，反应体系的真空度较低，因而，在整个反应过程中，不易引入其他杂质，进而可以使得所形成的第一预制合金锭具有较佳的微观形貌，进而使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二熔炼处理具体可以是在真空自耗炉内进行的，所述真空自耗炉的具体型号、厂家等不受特别限制，只要能够较好地进行所述第二熔炼处理即可，其具体型号本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。由此，可以使得在进行所述第二熔炼处理时，具有前面所述的较低的真空度。
根据本发明的实施例，所述第一预制合金锭的尺寸不受特别限制，在本发明的一些实施例中，所述第一预制合金锭的直径可以是100mm～140mm，具体而言，可以是100mm、110mm、120mm、130mm或者140mm等。由此，所述第一预制合金锭的尺寸较为合适，利于后续步骤中制备所述钛铝锆合金，利于后续应用。
S400：在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一高温处理的温度可以具体是1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃或者1200℃等。由此，所述第一高温处理的温度较为合适，其可以使得第一预制合金锭较为充分的经过高温处理而形成第二预制合金锭，所形成的第二预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一高温处理的时间可以具体是1h、2h或者3h等。由此，所述第一高温处理的时间较为合适，其可以使得第一预制合金锭较为充分的经过高温处理而形成第二预制合金锭，所形成的第二预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一高温处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
S500：将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件。
根据本发明的实施例，具体而言，所述第一锻造处理可以是采用1吨～3吨的空气锤进行的，所述空气锤具体可以是1吨、2吨或者3吨等。由此，可以较为有效且容易地得到前面所述的第一锻件。
根据本发明的实施例，具体而言，所述第一锻件的尺寸不受特别限制，在本发明的一些实施例中，所述第一锻件的直径可以是80mm～120mm，具体而言，可以是80mm、90mm、100mm、110mm或者120mm等。由此，所述第一锻件的尺寸较为合适，利于后续步骤中制备所述钛铝锆合金，利于后续应用。
根据本发明的实施例，在进行所述第一锻造处理而得到所述第一锻件以后，还可以包括对所述第一锻件进行空冷处理，然后检查所述第一锻件的表面是否存在裂纹，如果所述第一锻件的表面存在裂纹，则需对其进行打磨处理。由此，所得到的第一锻件的微观结构较佳，利于后续制备钛铝锆合金以及后续应用。
S600：在930℃～970℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二高温处理的温度可以具体是930℃、940℃、960℃或者970℃等。由此，所述第二高温处理的温度较为合适，其可以使得第一锻件较为充分的经过高温处理而形成第三预制合金锭，所形成的第三预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二高温处理的时间可以具体是0.5h、1h或者1.5h等。由此，所述第二高温处理的时间较为合适，其可以使得第一锻件较为充分的经过高温处理而形成第三预制合金锭，所形成的第三预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝锆合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝锆合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一高温处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
S700：将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件。
根据本发明的实施例，具体而言，所述第二锻造处理的具体方式与前面所述的第一锻造处理的具体方式相同，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，所述第二锻件的具体形状、尺寸等不受特别限制，在本发明的一些实施例中，所述第二锻件的直径可以是20mm～40mm，具体而言，可以是20mm、30mm或者40mm等。由此，所述第二锻件的尺寸较为合适，利于后续步骤中制备所述钛铝锆合金，利于后续应用。
S800：将所述第二锻件进行退火处理，以便得到所述钛铝锆合金。
根据本发明的实施例，进一步地，所述退火处理的温度可以为730℃～770℃。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述退火处理的温度可以具体为730℃、750℃或者770℃等。由此，可以较好地消除前面所述的第一锻造处理和所述第二锻造处理所产生的内部应力，进而得到性能更加优异的钛铝锆合金。
根据本发明的实施例，所述退火处理的时间为0.5h～1.5h。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述退火处理的时间可以具体为0.5h、1h或者1.5h等。由此，可以较好地消除前面所述的第一锻造处理和所述第二锻造处理所产生的内部应力，进而得到性能更加优异的钛铝锆合金。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种钛铝锆合金。根据本发明的实施例，该钛铝锆合金是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该钛铝锆合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种工件。根据本发明的实施例，该工件的至少一部分是由前面所述的钛铝锆合金形成的，或者是由前面所述的方法制备的。发明人发现，该工件的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，使用寿命长，且具有前面所述的钛铝锆合金的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，所述工件的具体种类不受特别限制，例如，在本发明的一些实施例中，所述工件可以是过流设备上面的工件，其具有优异的抗空蚀性能可以使得其使用寿命显著增长，使用性能更好。
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
制备钛铝锆合金的方法
首先将5.92重量份的铝、7.95重量份的锆和86.13重量份的海绵钛混合并压制成直径为80mm的圆块，然后将压制的圆块在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼2次(第一次熔炼温度为1650℃，时间为3.5h；第二次熔炼温度为1600℃，时间为3.25h)，熔炼时真空度保持在10-2Pa以下，最后得到直径为120mm的第一预制合金锭。所得第一预制合金锭在电炉内加热到1120℃，保温2小时，然后进行第一次开坯锻造处理，锻造成直径为100mm左右见方的坯料、空冷，然后检查方坯表面质量，如有裂纹则需要进行打磨处理，彻底消除掉锻造裂纹。随后锻件在电炉内加热到950℃，保温1小时，然后进行第二次锻造，锻造成直径为30mm左右的圆棒，空冷。最后将直径为30mm的圆棒置于电炉内在750℃下退火处理1小时，最终得到抗空蚀性能优异的钛铝锆合金。
按照ASTM G32-10的标准空蚀实验(标准超声波空蚀实验)对按照本实施例所制备的钛铝锆合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中的抗空蚀性能进行验证，结果如下所示。图2显示了ASTM G32-10的标准空蚀实验装置示意图。图3a中的1线是按照本实施例所制备的钛铝锆合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中的空蚀不同时间后试样的空蚀失重量，图3b显示了图3a中所对应的空蚀阻抗。可以看出，每一空蚀时间所对应的空蚀失重量远小于3线(对比例1的实验数据)，说明实施例1的钛铝锆合金的抗空蚀性能要远远优于TC4合金。为了进一步说明钛铝锆合金的抗空蚀性能，图4给出了钛铝锆合金和TC4合金(对比例1)在不同空蚀时间后试样表面的SEM照片，可以看出，随着空蚀时间的延长，不论TC4合金还是钛铝锆合金其试样表面的损伤程度逐步加重。但对于同一空蚀时间，TC4合金试样的损伤程度要明显比钛铝锆合金要严重，说明钛铝锆合金的抗空蚀能力要优于TC4合金。以上空蚀失重量、空蚀阻抗、SEM微观形貌实验结果说明钛铝锆合金的抗空蚀性能明显优于TC4合金。
实施例2
制备钛铝锆合金的方法
首先将5.93重量份的铝、11.95重量份的锆和82.12重量份的海绵钛混合并压制成直径为80mm的圆棒，然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼2次(第一次熔炼温度为1650℃，时间为3.5h；第二次熔炼温度为1600℃，时间为3.25h)，最后得到直径为120mm的第一预制合金锭。所得第一预制合金锭在电炉内加热到1150℃，保温2小时，然后进行第一次开坯锻造处理，锻造成直径为100mm左右见方的坯料、空冷，然后检查方坯表面质量，如有裂纹则需要进行打磨处理，彻底消除掉锻造裂纹。随后锻件在电炉内加热到950℃，保温1小时，然后进行第二次锻造，锻造成直径为30mm左右的圆棒，空冷。最后将直径为30mm的圆棒置于电炉内在750℃下退火处理1小时，最终得到抗空蚀性能优异的钛铝锆合金。
按照ASTM G32-10的标准空蚀实验(标准超声波空蚀实验)对按照本实施例所制备的钛铝锆合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中的抗空蚀性能进行验证，结果如下所示。图2显示了ASTM G32-10的标准空蚀实验装置示意图。图5a中的2线是按照本实施例所制备的钛铝锆合金在质量百分含量为3.5％的NaCl溶液中的空蚀不同时间后试样的空蚀失重量，图5b显示了图5a中所对应的空蚀阻抗。可以看出，每一空蚀时间所对应的空蚀失重量远小于3线(对比例1的实验数据)，说明实施例2的钛铝锆合金的抗空蚀性能要远远优于TC4合金。为了进一步说明钛铝锆合金的抗空蚀性能，图6给出了钛铝锆合金和TC4合金(对比例1)在不同空蚀时间后试样表面的SEM照片，可以看出，随着空蚀时间的延长，不论TC4合金还是钛铝锆合金其试样表面的损伤程度逐步加重。但对于同一空蚀时间，TC4合金试样的损伤程度要明显比钛铝锆合金要严重，说明钛铝锆合金的抗空蚀能力要优于TC4合金。以上空蚀失重量、空蚀阻抗、SEM微观形貌实验结果说明钛铝锆合金的抗空蚀性能明显优于TC4合金。
由此，本发明所述的钛铝锆合金弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
实施例3
与实施例1的区别仅在于：形成所述钛铝锆合金的反应原料包括5.95重量份的铝、8.01重量份的锆和86.04重量份的海绵钛。
对实施例3得到的钛铝锆合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例1类似。
实施例4
与实施例1的区别仅在于：形成所述钛铝锆合金的反应原料包括5.98重量份的铝、7.97重量份的锆和86.05重量份的海绵钛。
对实施例4得到的钛铝锆合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例1类似。
实施例5
与实施例1的区别仅在于：形成所述钛铝锆合金的反应原料包括5.94重量份的铝、7.96重量份的锆和86.1重量份的海绵钛。
对实施例5得到的钛铝锆合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例1类似。
实施例6
与实施例2的区别仅在于：形成所述钛铝锆合金的反应原料包括5.95重量份的铝、11.98重量份的锆和82.07重量份的海绵钛。
对实施例6得到的钛铝锆合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例2类似。
实施例7
与实施例2的区别仅在于：形成所述钛铝锆合金的反应原料包括5.9重量份的铝、11.95重量份的锆和82.15重量份的海绵钛。
对实施例7得到的钛铝锆合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例2类似。
实施例8
与实施例2的区别仅在于：形成所述钛铝锆合金的反应原料包括5.97重量份的铝、11.96重量份的锆和82.07重量份的海绵钛。
对实施例8得到的钛铝锆合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例2类似。
对比例1
相关技术中的TC4合金。
对对比例1的TC4合金进行抗空蚀性能测试，测试结果如前所述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种钛铝锆合金，其特征在于，形成所述钛铝锆合金的反应原料包括：
5.9重量份～6重量份的铝；
7.95重量份～12重量份的锆；和
82重量份～88重量份的海绵钛。
2.根据权利要求1所述的钛铝锆合金，其特征在于，所述反应原料包括以下至少之一：
5.92重量份的铝、7.95重量份的锆和86.13重量份的海绵钛；
5.95重量份的铝、8.01重量份的锆和86.04重量份的海绵钛；
5.98重量份的铝、7.97重量份的锆和86.05重量份的海绵钛；
5.94重量份的铝、7.96重量份的锆和86.1重量份的海绵钛；
5.93重量份的铝、11.95重量份的锆和82.12重量份的海绵钛；
5.95重量份的铝、11.98重量份的锆和82.07重量份的海绵钛；
5.9重量份的铝、11.95重量份的锆和82.15重量份的海绵钛；
5.97重量份的铝、11.96重量份的锆和82.07重量份的海绵钛。
3.根据权利要求1所述的钛铝锆合金，其特征在于，所述钛铝锆合金是通过下列步骤形成的：
将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；
在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；
在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；
将所述第一预制合金锭进行第一高温处理，得到第二预制合金锭；
将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；
将所述第一锻件进行第二高温处理，得到第三预制合金锭；
将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；
将所述第二锻件进行退火处理。
4.一种制备权利要求1～3中任一项所述的钛铝锆合金的方法，其特征在于，包括：
将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；
在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；
在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；
在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭；
将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；
在930℃～970℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭；
将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；
将所述第二锻件进行退火处理，以便得到所述钛铝锆合金。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一熔炼处理满足以下条件的至少之一：
温度为1500℃～1800℃；
时间为3h～4h；
真空度不大于10-2Pa。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第二熔炼处理满足以下条件的至少之一：
温度为1500℃～1700℃；
时间为2.5h～4h；
真空度不大于10-2Pa。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为730℃～770℃，所述退火处理的时间为0.5h～1.5h。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括：
将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；
在真空度不大于10-2Pa的条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块，其中，所述第一熔炼处理的温度为1500℃～1800℃，时间为3h～4h；
在真空度不大于10-2Pa的条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭，其中，所述第二熔炼处理的温度为1500℃～1700℃，时间为2.5h～4h；
在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭；
将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；
在930℃～970℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭；
将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；
在730℃～770℃的条件下，将所述第二锻件进行退火处理0.5h～1.5h，以便得到所述钛铝锆合金。
9.一种钛铝锆合金，其特征在于，所述钛铝锆合金是通过权利要求4～8中任一项所述的方法制备的。
10.一种工件，其特征在于，所述工件的至少一部分是由权利要求1～3中任一项或9所述的钛铝锆合金形成的，或者是由4～8中任一项所述的方法制备的。
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