[發明專利]鈦基非晶復合材料熔煉鑄造方法及鑄造裝置

有效

• 申請號: 201410070030.X
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103834822A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 王軍;寇宏超;李金山;李力源;張鐵邦;唐斌;胡銳;薛祥義
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;B22D1/00;B22D18/06;B22D2/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明屬于非晶復合材料制備技術領域，特別是提供了一種鈦基非晶復合材料的熔煉鑄造方法及其專用鑄造裝置。?

背景技術

非晶合金由于其特殊的長程無序、短程有序的原子結構，表現出比傳統晶態合金更加優異的性能，比如高強度、高硬度、高耐蝕性、優異的磁學性能和一定溫度范圍內的超塑性等，在航空航天器件、精密機械和信息等領域顯示出巨大的應用價值。但由于非晶合金室溫塑性差，臨界尺寸小，使得非晶合金的廣泛應用受到較大限制。利用自生復合方法得到的鈦基非晶復合材料具有優異的低溫、室溫及高溫力學性能，具備了實際應用的巨大潛力。現在常用的制備非晶及非晶復合材料的方法有電弧熔煉+銅模吸鑄；感應熔煉+噴鑄；石英管水淬法等，每種方法都具有一定的特點，同時也具有一定的局限性和缺點。通過這些方法制備得到的非晶復合材料尺寸較小，并且無法準確的監測熔煉鑄造過程中的具體參數，在一定程度上依賴與操作者的經驗，因而在性能上是不穩定的。為此從理論上分析工藝-組織-性能之間的關系，進而通過控制工藝參數實現對增強相尺寸和形貌的合理調控，得到穩定結構的大尺寸非晶復合材料具有很明顯的現實意義。?

傳統的非晶及其復合材料的制備有電弧熔煉+銅模吸鑄（Inoue,A.and?T.Zhang(1995).Fabrication?of?bulky?Zr-based?glassy?alloys?by?suction?casting?into?copper?mold.Materials?transactions-JIM36:1184-1187.），感應熔煉噴鑄（Kühn,U.,J.Eckert,et?al.(2002).ZrNbCuNiAl?bulk?metallic?glass?matrix?composites?containing?dendritic?bcc?phase?precipitates.Applied?physics?letters80(14):2478-2480.）等方法。在傳統的制備方法基礎上，為了克服其種種不足，人們又提出了各種新的非晶及其復合材料的制備方法。?

中科院沈陽金屬所的專利《懸浮熔煉噴鑄制備塊狀非晶合金（公開號CN1361298A）》提出了通過V形感應線圈將放置在V形石英漏斗中的合金錠懸浮熔煉，并且通過銅模噴鑄的方法獲得片狀非晶材料。發明使用懸浮的方法制備非晶合金可以避免常規方法中常常會遇到的雜質引入的問題，通過高純Ar氣噴鑄的方法使得合金液?與模具盡快接觸，不僅提高了熔體的冷卻速度，而且極大的改善了熔體的填充性，提高了鑄件的精密度，這為我們的研究提供了一個思路。然而若將該方法用以制備大尺寸鈦基非晶復合材料還存在一些不能解決的問題：其一放置合金的V形石英漏斗在高溫下會與鈦發生強烈的反應，當懸浮線圈不能將合金液完全懸浮時仍然會因為發生反應而導致成分不準；其二懸浮線圈的懸浮線圈的懸浮能力有限，從而也就限制了非晶復合材料鑄件向大尺寸的發展；其三噴鑄的試樣會存在氣孔的問題，影響鑄件的性能。?

蘭州理工大學（馮柳.銅基塊狀非晶合金的制備及其性能測試研究：[蘭州理工大學碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2004，7）通過水冷銅坩堝熔煉+上端吸鑄的方法制備出銅基非晶及銅基非晶復合材料。然而采用這種方法也會存在一定的問題：其一采用上端吸鑄造成了溫度測量的困難，上端的吸鑄模具擋住了最佳的測溫位置，所以只能通過控制熔煉電壓實現對不同過熱水平的控制，而熔煉電壓與熔體實際溫度之間并不能建立起良好的對應關系；其二上端吸鑄需要將很長的石英管插入熔體內部才能實現，所以該方法也不能適用于會與石英強烈反應的鈦基非晶復合材料；其三將原料直接放在水冷銅坩堝中加熱往往會使得高熔點物質沒有完全融化而造成強烈的成分偏析。?

發明內容

為克服現有技術中存在的或者不適于制備大尺寸鈦基非晶復合材料，或者會造成所制備鈦基非晶復合材料發生成分偏析的不足，本發明提出了一種鈦基非晶復合材料熔煉鑄造方法及鑄造裝置。?

本發明的具體過程為：?

步驟1，合金母錠熔煉：將純度大于99.9%的Ti、Zr、Nb、Cu、Be在氬氣保護下，通過電弧熔煉爐分兩步進行熔煉：?

第一步，熔煉TiZrNb合金錠：采用常規方法將高熔點的Ti、Zr、Nb熔煉成TiZrNb熔液；使所述TiZrNb熔液冷卻凝固成為TiZrNb合金錠。?