一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法与流程

本发明涉及非晶合金领域，尤其是涉及一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法。

背景技术：

1、 钛基非晶合金是指由钛为主要成分和其他元素形成的非晶态金属材料。钛基非晶合金通常具有高强度、高韧性、高耐热性和优异的耐腐蚀性等优良性能，在汽车、航空、医疗器械以及电子等领域有广泛的应用。非晶合金实现工业化应用的关键在于是否有充足的非晶形成能力冗余，使其在工业制备条件下满足产品设计所要求的尺寸。但是目前ti基非晶合金的形成能力非常有限，三元合金体系中，ti-zr-be的最大非晶临界尺寸仅6 mm；四元体系中，ti-zr-be-ni和ti-zr-be-cu的最大非晶临界尺寸为20 mm，例如专利cn1814850a公开了一种块体钛基非晶合金，化学成分以及原子百分数为tiacubzrctld，式中，tl选自fe、co、pd、pt、ir，a为45-50，b为45-47.5，c为2.5-7.5，d为1.5-5。该钛基非晶合金的非晶形成能力较差，临界尺寸最大仅为2mm，限制了这种非晶合金的应用范围和程度，因此需要开发具有大的临界尺寸的钛基非晶合金。为提升非晶形成能力，cu、ni、ag等重元素被大量加入钛基非晶合金中，但这导致合金密度大幅增加，比强度下降。因此，兼具强非晶形成能力和高比强度的钛基非晶合金的开发具有重大的工程意义。

技术实现思路

1、本发明为了克服钛基非晶合金无法兼具非晶形成能力和高比强度的问题，提供一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法，钛基非晶合金兼具良好非晶形成能力和超高比强度。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金，组成表达式为tiazrbbecaldfee，所述a、b、c、d和e均为原子百分数，其中，40.50 ≤ a ≤ 48.07，16.92 ≤b ≤ 19.60，26.23 ≤ c ≤ 30.38，3.38 ≤ d ≤ 3.92，0<e ≤ 10.00，且a、b、c、d、e之和为100。实验证实tiazrbbecaldfee五种元素的相互配合下，限制各元素的百分比在优选范围内，可以得到兼具强非晶形成能力和高比强度的钛基非晶合金，具有较低的比重、超高的强度和比强度、较好的非晶形成能力、大的弹性极限和一定的室温塑性变形能力。

4、 合金体系的非晶形成能力与体系元素之间的电负性差异有关，适当增大元素电负性的差异，将有利于形成短程有序结构，从而提升非晶形成能力。ti、zr、be和al的电负性分别为1.54、1.33、1.57和1.61，整体上看，ti0.45zr0.20be0.31al0.04的电负性差比较小，为此，选择具有较大电负性的元素进行合金化将有利于提升非晶形成能力，适合的元素包括fe、co、ni、cu和ag等，他们的电负性分别为1.83、1.88、1.91、1.90和1.93。fe的密度低，对于控制合金密度最为有利。fe基非晶合金具有很高的强度（4 gpa左右），fe与ti、zr、be和al之间的混合焓均为负值，说明fe与这几种元素之间有较强的结合键，有利于强度的提升；尤其是fe和al具有较大的负混合焓绝对值，这个绝对值较大，表明二者间的交互作用较强，从而使材料变形难度增大，提升了屈服强度。

5、 作为优选，所述tiazrbbecaldfee的具体表达式为(ti0.45zr0.20be0.31al0.04)100-xfex，其中，0<x ≤ 10。

6、作为进一步优选，4<x<8。x更进一步优选为6。

7、 作为优选，所述tiazrbbecaldfee的具体表达式为ti42+0.58x(zr0.19be0.29al0.04fe0.06)100-x，其中0 ≤ x ≤ 10。

8、 作为进一步优选，2 ≤ x ≤ 6。x更进一步优选为2、4或6。

9、铁含量在优选范围内性能更优。铁含量过高，合金密度过大，将损害比强度优势；其次非晶形成能力将有所下降，因为体系的电负性差异过大将有利于形成中间相而不利于非晶形成。

10、 作为优选，所述非晶合金同时具有以下性能：比重 ≤ 4.92 g/cm3，临界尺寸 ≥5 mm，强度＞ 2010 mpa，比强度≥ 4.32×105n ·m/kg。

11、 作为进一步优选，所述非晶合金同时具有以下性能：比重 ≤ 4.78 g/cm3，临界尺寸 ≥ 10 mm，强度＞ 2119 mpa，比强度≥ 4.46×105n ·m/kg。

12、本发明还提供所述非晶合金的制备方法，按照组成表达式tiazrbbecaldfee换算的质量百分比进行合金配料，在真空、惰性气体保护条件下，将所述合金配料熔炼为母合金，将熔化后的母合金吸铸或浇铸到铜模中，急冷得到钛基非晶合金。

13、因此，本发明的有益效果为：本发明的钛基非晶合金具有较低的密度、超高的比强度、较强的非晶形成能力和优良的综合力学性能，适用于交通运输、航天航空等诸多领域。

技术特征：

1.一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金，其特征在于，组成表达式为tiazrbbecaldfee，所述a、b、c、d和e均为原子百分数，其中，40.50 ≤ a ≤ 48.07，16.92≤ b ≤ 19.60，26.23 ≤ c ≤ 30.38，3.38 ≤ d ≤ 3.92，0 < e ≤ 10.00，且a、b、c、d、e之和为100。

2.根据权利要求1所述的钛基非晶合金，其特征在于，所述tiazrbbecaldfee的具体表达式为(ti0.45zr0.20be0.31al0.04)100-xfex，其中，0 < x ≤ 10。

3.根据权利要求2所述的钛基非晶合金，其特征在于，4 < x < 8。

4.根据权利要求1所述的钛基非晶合金，其特征在于，所述tiazrbbecaldfee的具体表达式为ti42+0.58x(zr0.19be0.29al0.04fe0.06)100-x，其中0 ≤ x ≤ 10。

5.根据权利要求4所述的钛基非晶合金，其特征在于，2 ≤ x ≤ 6。

6.根据权利要求1所述的钛基非晶合金，其特征在于，所述非晶合金同时具有以下性能：比重 ≤ 4.92 g/cm3，临界尺寸 ≥ 5 mm，强度＞ 2000 mpa，比强度 ≥ 4.32×105 n·m/kg。

7.根据权利要求3或5所述的钛基非晶合金，其特征在于，所述非晶合金同时具有以下性能：比重 ≤ 4.78 g/cm3，临界尺寸 ≥ 10 mm，强度＞ 2119 mpa，比强度 ≥ 4.46×105n·m/kg。

8.权利要求1-7任一所述的钛基非晶合金的制备方法，其特征在于，按照组成表达式tiazrbbecaldfee换算的质量百分比进行合金配料，在真空、惰性气体保护条件下，将所述合金配料熔炼为母合金，将熔化后的母合金吸铸或浇铸到铜模中，急冷得到钛基非晶合金。

技术总结
本发明涉及非晶合金领域，针对钛基非晶合金无法兼具非晶形成能力和高比强度的问题，提供一种具有良好非晶形成能力和超高比强度的钛基非晶合金及其制备方法。钛基非晶合金的组成表达式为Ti<subgt;a</subgt;Zr<subgt;b</subgt;Be<subgt;c</subgt;Al<subgt;d</subgt;Fe<subgt;e</subgt;，所述a、b、c、d和e均为原子百分数，其中，40.50≤a≤48.07，16.92≤b≤19.60，26.23≤c≤30.38，3.38≤d≤3.92，0<e≤10.00，且a、b、c、d、e之和为100。本发明还提供所述非晶合金的制备方法。

技术研发人员：卜亨通,苏云帅,金崭凡,盛阵明
受保护的技术使用者：乌镇实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4