专利名称：：一种Ti基大块非晶合金及其生产方法
技术领域：
：本发明涉及到一种低密度高比强、高耐腐蚀性，适用于航空航天结构材料和生物医用器件的Ti基块体非晶合金及其生产方法。技术背景非晶合金具有长程无序、短程有序的结构，因此与晶态合金相比，具备许多特有的性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等，为材料科研工作者开发高性能的功能材料和结构材料提供了巨大的潜力，因而非晶合金的制备与大块非晶材料的研制吸引了材料界越来越多的关注。40多年来，随着技术的发展与进步，一系列具有高的玻璃形成能力的合金系被开发的Fe、Co、Zr、Ni、Mg、Pd、Ti、Cu、Nd、及La系等合金系中多组元成分的大块非晶合金被发现。其中以Zr基为代表的金属玻璃以其较高的非晶形成能力，独一无二的力学性能和优良的粘滞流动能力已经得到了实际应用。Ti基大块非晶合金由于具有极高的强度和低密度以及良好的室温耐蚀性，并且其玻璃转变温度较高，在新型高温耐蚀结构材料和生物医用器件方面有广阔的前景，因此受到广泛关注和研究。过近三十年的探索和努力，人们开发出了大量Ti基非晶合金系统，比如Ti-Be-Zr、Ti-Ni-Si、Ti-Nb-Si、Ti-Nb-Si-B、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Cu-A1、Ti-Zr-Cu-Ni、Ti-Zr-Cu-Ni-Al、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Cu-Al、Ti-Zr-Ni-Cu-Al、Ti-Zr-Cu-Ni-Be等。TaoZhang等在Ti-Ni-Cu-Sn系非晶合金中发现ATx为60K的合金(Ti5。Ni2。Cu25Sn5)。Y.C.Kim等又将其进一步推至73K(Ti5。Ni15Cu32Sn3)。但是后过渡族元素Ni,Cu和Sn的加入使合金的密度升高，丧失了合金低密度的优点。因此，开发出具有高的非晶形成能力和低密度的大块非晶合金具有重要的实际应用价值。
发明内容本发明的技术解决问题克服现有合金的不足，开发出一种具有高的非晶形成能力、低的密度、高的比强度、高的热稳定性、高的硬度及强度的Ti基大块非晶合金及其制备方法。本发明的内容本发明是一种Ti基大块非晶合金，包含TixZryBezV,其组分(原子百分比)为Ti:36<x<50;Be:28《y<34;Zr:16<z《36;V:(K1K6.一种上述的Ti基大块非晶合金的生产方法，首先将所述的Ti基大块非晶合金一起置于电弧炉内，在惰性气体保护下采用电弧将其熔化至少三次，然后，将所述的母合金锭》丈入电弧炉吸铸坩埚内，在惰性气体保护下通过电弧加热重熔，在负压下利用机械泵将熔化的合金吸入铜才莫内，铜才莫内孔为圓柱形，直径为1-IO毫米，可以获得直径为1-10毫米铸态圆棒的Ti基大块非晶合金。本发明与现有技术相比的优点具有更低的密度、更高的比强度、更高的热稳定性和高的非晶形成能力。图l是本发明提供的Ti-Be-Zr三元大块非晶合金X射线衍射谱图；图2是本发明提供的Ti-Be-Zr三元大块非晶合金的热分析DSC曲线图；图3是本发明提供的Ti"Be^Zr2sVx(x=2,6at.%)非晶合金X射线衍射图。图4是本发明提供的Ti"Be34-xZr25Vx(x=2,6at.%)非晶合金DSC曲线图。具体实施方式下面结合图表说明在TiBeZr三元系Ti基非晶及在此基础上加入微量元素V,制备出较原来具有更高其非晶形成能力的合金的具体实施方式。实施例l将高纯度(纯度大于99%)的36。/。Ti,28%Be，36%Zr(原子百分比，以下同)元素在经Ti纯化的电弧炉内反复熔炼3遍以上，使合金成分均匀，得到名义成分为Ti36Be2sZr36的合金锭，再将5-1O克的合金锭放入吸铸坩埚内利用机械泵将重熔后的合金吸入铜模内，获得直径为3-5毫米的圆棒。经X射线衍射分析样品为非晶相，如图1所示。通过热分析获得此非晶合金的玻璃转变温度r《，晶化开始温度7;，和过冷液相温度区间A7;。该非晶合金的DSC曲线示于图2中，显示了明显的玻璃转变和晶化过程，其7;，7;，A7;分别为320。C,425°C，105°C。该大块非晶合金的热物理参数列于表l中。实施例2将高纯度(纯度大于99%)的50订i,34°/。Be，16。/。Zr元素在经Ti纯化的电弧炉内反复熔炼3遍以上，使合金成分均匀，得到名义成分为Ti5。BewZn6的合金锭，再将5-10克的合金锭放入吸铸坩埚内利用机械泵将重熔后的合金吸入铜模内，获得直径为3-5毫米的圆棒。经X射线衍射分析样品为非晶相，如图1所示。通过热分析获得此非晶合金的玻璃转变温度；，晶化开始温度7;,和过冷液相温度区间A7;。该非晶合金的DSC曲线示于图2中，显示了明显的玻璃转变和晶化过程，其《，7;,A7;分别为330。c，365°C,35°C。该大块非晶合金的热物理参数列于表l中。实施例3将高纯度(纯度大于99°/。)的4OTi，34%Be,25。/。Zr元素在经Ti纯化的电弧炉内反复熔炼3遍以上，使合金成分均匀，得到名义成分为Ti"Be34Zr25的合金锭，再将5-10克的合金锭放入吸铸坩埚内利用机械泵将重熔后的合金吸入铜模内，获得直径为3-5毫米的圓棒。经X射线衍射分析样品为非晶相，如图1所示。通过热分析获得此非晶合金的玻璃转变温度S，晶化开始温度7;，和过冷液相温度区间A7;。该非晶合金的DSC曲线示于图2中，显示了明显的玻璃转变和晶化过程，其7;，7;，A7;分别为3i6。c,354°C,38°C。该大块非晶合金的热物理参数列于表l中。实施例4将高纯度(纯度大于99°/。)的41订i,32%Be，25%Zr,2。/。V元素在经Ti纯化的电弧炉内反复熔炼3遍以上，使合金成分均匀，得到名义成分为Ti"Be32Zr2sV2的合金锭，再将5-10克的合金锭放入吸铸坩埚内利用机械泵将重熔后的合金吸入铜模内，获得直径为3-5亳米的圆棒。经X射线衍射分析样品为非晶相，如图3所示。通过热分析获得此非晶合金的玻璃转变温度《，晶化开始温度T;,和过冷液相温度区间A7;。该非晶合金的DSC曲线示于图4中，显示了明显的玻璃转变和晶化过程，其《，7;,A7;分别为318°C,371°C,53°C。该大块非晶合金的热物理参数列于表l中。实施例5将高纯度(纯度大于99%)的41订i，28%Be，25%Zr,6。/。V元素在经Ti纯化的电弧炉内反复熔炼3遍以上，使合金成分均勻，得到名义成分为Ti"Be2sZr25V6的合金锭，再将5-10克的合金锭放入吸铸坩埚内利用机械泵将重熔后的合金吸入铜模内，获得直径为3-5亳米的圆棒。经X射线衍射分析样品为非晶相，如图3所示。通过热分析获得此非晶合金的玻璃转变温度《，晶化开始温度T;,和过冷液相温度区间A7;。该非晶合金的DSC曲线示于图4中，显示了明显的玻璃转变和晶化过程，其7;，7;，A7;分别为310°C，368°C，58°C。该大块非晶合金的热物理参数列于表l中。该合金具有较高的非晶形成能力。本发明的铸态材料的非晶结构可以采用X射线衍射仪进行确定。将铸态材料用线切割或低速金刚石切片机切开，切面用砂纸打磨，对剖面利用XRD进行检测，非晶合金的XRD谱展示出弥散的衍射峰，而晶体合金的XRDi普上会出现尖锐的衍射峰。非晶合金的玻璃转变及晶化过程可以用热分析DSC进行分析，表l提供的是Ti基非晶合金的热物理性能和临界尺寸。从表中可以看出最大的非晶合金过冷液相区间达到102。C，和较高的玻璃转变温度，表明合金具有高的热稳定性和大的热加工区间。图3，4位V元素的加入对合金的形成能力和热物理性能的影响。表明在三元合金中加入V,能够极大的提高合金的非晶形成能力，并提高非晶的热稳定性，和过冷液相区宽度。本发明的创新之处在于完全去除掉了现今Ti基非晶中所存在的后过渡族重金属元素，所利用元素都是前过渡族轻合金和超轻合金，保持了Ti基非晶低密度，高比强度的特点，并具有强的非晶形成能力和高的热稳定性。表i<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1.一种Ti基大块非晶合金，其特征所述的Ti基大块非晶合金包含TixZryBezVu，其组分原子百分比为Ti36≤x≤50；Be28≤y≤34；Zr16≤z≤36；V0≤u≤6。2.—种如权利要求1所述的Ti基大块非晶合金的生产方法，其特征首先将所述的Ti基大块非晶合金一起置于电弧炉内，在惰性气体保护下采用电弧将其熔化至少三次，然后，将所述的母合金锭放入电弧炉吸铸坩埚内，在惰性气体保护下通过电弧加热重熔，在负压下利用机械泵将熔化的合金吸入铜模内，铜模内孔为圆柱形，直径为1-10毫米，能获得直径为l-10毫米铸态圆棒的Ti基大块非晶合金。全文摘要本发明是一种Ti基大块非晶合金及其生产方法，其化学成分为(原子百分比)TixZryBezVu，其中36≤x≤50，28≤y≤34，16≤z≤36，0≤u≤6，且x+y+z+u＝100。本发明的生产方法是先用真空电弧炉熔炼母合金，然后将母合金置于快速凝固装置的电弧炉中熔化，熔化后吸铸到铜模中形成非晶态合金棒，非晶含量50％到100％。Ti基大块非晶具有极高的强度以及良好的室温耐蚀性，并且Ti基大块非晶的玻璃转变温度较高，可作为新型高温耐蚀结构材料。本发明的优点在于舍弃掉了以前钛基非晶合金的后过渡族元素，如Ni，Cu和Sn等，使钛基非晶合金具有更低的密度和更高得比强度。文档编号C22C45/00GK101397644SQ200810117000公开日2009年4月1日申请日期2008年7月22日优先权日2008年7月22日发明者丰叶,勇张,志林,林均品,王艳丽,郝国建,陈国良申请人:北京科技大学