一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法
【专利摘要】本发明属于非晶态合金材料，特别涉及一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法。本发明Ti基非晶合金的组成为TiaZrbBecCud或TiaZrbBecNid，其中a，b，c，d均为原子百分比，41≤a≤60，15≤b≤26，15≤c≤36，0<d≤16，且a，b，c，d之和为100。本发明Ti基非晶合金的制备方法如下：将该Ti基非晶合金组成中的原子比换算成质量百分比，称量配置原料；将原材料在高真空和氩气保护条件下用电弧熔炼或感应熔炼方法制备母合金锭；再在高真空和氩气保护条件下，采用电弧熔炼或感应熔炼等方法将母合金锭熔化后直接吸铸、喷铸或浇铸到具有不同内腔尺寸的模具中，制备得到Ti基非晶合金。本发明提出的Ti基体系合金具有很强非晶形成能力和大的非晶合金临界尺寸的特点。
【专利说明】-种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于非晶态合金材料，特别设及一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 块体非晶合金呈近程有序远程无序的随机密堆结构，没有位错、晶界等缺陷，使其 具有高强度、高硬度、高弹性性能等优异力学性能，同时还具有优异的耐磨性，耐腐蚀性能， 磁学性能等功能性能，因此块体非晶合金近年一直是材料研究领域的热点。其中，Ti基非 晶合金因其质量轻、强度高、耐蚀性能、一定的室温压缩塑性等优点，从而有着广泛的应用 前景和使用价值。同时，简单的非晶合金组成和制备工艺也非常有利于实际的工业化应用。
[0003] 制约Ti基非晶合金广泛应用的瓶颈之一是其非晶形成能力有限，因此，设计成分 简单、拥有强非晶形成能力的Ti基非晶合金，制备出大尺寸的Ti基非晶合金有着极为重要 的意义。目前，在Ti基S元合金体系中，Ti-Zr-Be体系的非晶临界尺寸可达6mm ;而Ti基 四元合金体系中，只有Ti-Zr-Be-Fe和Ti-Zr-Be-Ag两个合金体系具有10mm的非晶临界尺 寸。因此，开发简单组成，具有强非晶形成能力的合金体系尤为重要。
【发明内容】
[0004] 本发明通过合金成分设计，提出了二中Ti基四元合金体系，其具有强非晶形成能 力，可W采用铜模铸造法制备出四元Ti基块体非晶合金。该些合金元素组成简单，组成元 素含量范围较宽，部分块体非晶合金具有大于10mm的非晶临界尺寸。
[0005] 针对现有技术不足，本发明提供了一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其 制备方法。
[0006] 一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，该Ti基非晶合金的组成为TiaZrbBe。化d 或TiaZrbBecNid，其中a, b，C，d均为原子百分比，41《a《60,15《b《26,15《C《36， 0<d《16,且 a, b，c，d 之和为 100。
[0007] 所述 TiaZrbBecCUd的具体表达式为 Ti "Zr25Be34_xCUx，其中 0<x《10。
[000引所述TiaZrbBecCUd的具体表达式为Ti 4日Zr20Be35_xCUx，其中0<x《
[0009] 所述TiaZfbBeeNid的具体表达式为Ti 4而258634-,化，其中0<x《10。
[0010] 所述 TiaZfbBecNid的具体表达式为 Ti 45Zr2〇Be35_xNix，其中 0<x《16。
[0011] 所述 TiaZfbBeeNid的具体表达式为 Ti 5〇ZrieBe34-xNix，其中 0<x《15。
[001引所述TiaZfbBeeNid的具体表达式为Ti 5向2恥3。_,化，其中0<x《15。
[001引所述TiaZfbBeeNid的具体表达式为Ti 55Zr20Be25-xNix，其中0<x《8。
[0014] 所述Ti基块体非晶合金的直径为5mm?20mm。
[0015] 一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
[0016] 按照TiaZrbBeeCUd或Ti。2邮的叫的质量百分比进行配料，在高真空和氣气保护条 件下，次用电弧烙炼或感应烙炼方法制得的母合金锭，然后将母合金锭再次烙化后采用吸 铸、喷铸或直接诱铸法将合金烙体注入至不同内腔尺寸、形状的模具中，冷却至室温，得到 所需尺寸及形状（板材、椿材或其它几何形状）的Ti基非晶合金。
[0017] 所述模具材质为无氧铜。
[001引所述Ti基非晶合金椿材或板材的非晶临界尺寸为5mm或大于5mm。
[0019] 本发明的有益效果为：
[0020] 本发明提出的Ti基块体非晶合金与已报道的Ti基非晶合金相比，Ti含量较高， 非晶合金形成能力较大，且多个合金的非晶合金临界大于10mm，它们的非晶形成能力优于 已报道的临界尺寸仅为10mm的四元Ti基非晶合金（Ti-Zr-Be-Fe，Ti-Zr-Be-Ag)。
【专利附图】
【附图说明】
[OOW 图1为本发明实施例1?实施例4所制备的Ti"Zr2sBe34_xCUx(x = 2,4,6,8)非晶 合金椿的X射线衍射图谱；
[00巧图2为本发明实施例5?实施例7所制备的Ti45Zr20Be35_xCUx(x = 6,8,10)非晶合 金椿的X射线衍射图谱；
[002引图3为本发明实施例8?实施例12所制备的Ti"Zr25Be34-xNix(x = 2,4,6,8，10) 非晶合金椿的X射线衍射图谱；
[0024] 图4为本发明实施例13?实施例18所制备的Ti45Zr2〇Be35-xNix(x = 4,6,8，10，12， 14)非晶合金椿的X射线衍射图谱；
[0025] 图5为本发明实施例19?21所制备的非晶合金椿的X射线衍射图谱。
【具体实施方式】
[0026] 本发明提供了一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法，下面结合 附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0027] 实施例1
[00測制备化押258632化2块体非晶材料：
[0029] 第一步，将合金配料按Ti4iZ枯B632化2的原子百分比成分转化成质量百分比，用 精确度为0. 0001的高精度电子天平计量合金配料，选取纯度为99. 99 %的铁块、纯度为 99. 97%的错块、纯度为99. 99%的Be块和纯度为99. 99%的化块进行合金配料配置。
[0030] 第二步，在真空度优于1〇-中a条件下通入高纯氣气，在氣气保护条件下，将上述合 金配料通过电弧烙炼制备母合金锭。并反复烙炼3?4次，W确保母合金锭成分的均匀性。
[0031] 第=步，在高真空和氣气保护条件下，采用电弧烙炼方法将母合金锭烙化，然后吸 铸或喷铸至铜模中，冷却至室温，获得铁基非晶合金椿材、板材。
[0032] 第四步，采用X射线衍射狂RD)来检测铁基合金椿材的结构。如图1，所制备的Ti 基非晶合金样品具有非晶态结构。
[0033] 第五步，采用制备不同尺寸的合金样品进行结构检测，确认样品的相结构。结果表 明，制备出Ti4iZr2gBe32化2非晶合金椿材的非晶临界尺寸为5mm(见表1)。
[0034] 表1各实施例非晶合金的非晶临界尺寸数据表
[0035]
【权利要求】
1. 一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，该Ti基非晶合金的组成为 TiaZrbBeeCud或TiaZrbBeeNid，其中a，b，c，d均为原子百分比，41 彡a彡 60，15 彡b彡 26， 15 彡c彡 36,0〈d彡 16,且a，b，c，d之和为 100。
2. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBeeCud的具体表达式为Ti41Zr25Be34_xCux，其中 0〈x< 10。
3. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBeeCud的具体表达式为Ti45Zr2QBe35_xCux，其中 0〈x< 12。
4. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBecNid的具体表达式为Ti41Zr25Be34_xNix，其中 0〈x彡 10。
5. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBecNid的具体表达式为Ti45Zr2QBe35_xNix，其中 0〈x彡 16。
6. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBecNid的具体表达式为Ti5QZr16Be34_xNix，其中 0〈x彡 15。
7. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBecNid的具体表达式为Ti5QZr2(lBe3Q_xNix，其中 0〈x彡 15。
8. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 TiaZrbBecNid的具体表达式为Ti55Zr2QBe25_xNix，其中 0〈x彡 8。
9. 根据权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金，其特征在于，所述 Ti基块体非晶合金的直径为5mm?20mm〇
10. 如权利要求1所述的一种具有非晶形成能力的Ti基非晶合金的制备方法，其特征 在于，包括如下步骤： 按照TiaZrbBec;Cud或TiaZrbBec;Nid的质量百分比进行配料，在高真空和氩气保护条件 下，次用电弧熔炼或感应熔炼方法制得的母合金锭，然后将母合金锭再次熔化后采用吸铸、 喷铸或直接浇铸法将合金熔体注入至不同内腔尺寸、形状的模具中，冷却至室温，得到所需 尺寸及形状的Ti基非晶合金。
【文档编号】C22C45/10GK104513938SQ201410811240
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】姚可夫, 赵少凡, 龚攀 申请人:清华大学