[發(fā)明專利]Ti-Zr-Nb-Cu-Be系非晶復(fù)合材料組織的調(diào)控方法及調(diào)控裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410205546.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104028733A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李金山;王軍;寇宏超;白潔;李力源;胡銳;張鐵邦;唐斌;楊劼人;薛祥義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D27/04
• 分類號(hào): B22D27/04;B22D27/02;C22C45/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種Ti-Zr-Nb-Cu-Be系非晶復(fù)合材料組織的調(diào)控方法，其特征在于，具體步驟是：

步驟1：原材料的準(zhǔn)備：

對(duì)純度大于99.9％的塊狀Ti、Zr、Nb、Cu和Be原材料進(jìn)行打磨；將經(jīng)過(guò)打磨的Ti、Zr、Nb、Cu和Be塊分別放入燒杯中加入酒精采用超聲清洗5分鐘，以去除所述Ti、Zr、Nb、Cu和Be塊表面的雜質(zhì)；吹干；按Ti48Zr20Nb12Cu5Be15中各元素的質(zhì)量百分比配料；

步驟2：母合金錠熔煉

采用高真空非自耗電弧熔煉爐對(duì)Ti48Zr20Nb12Cu5Be15中各元素進(jìn)行母合金錠的熔煉；熔煉前，先將電弧熔煉室系統(tǒng)抽真空至6.6×10^-3Pa；向熔煉室內(nèi)充入0.06MPa的氬氣作為保護(hù)氣氛；對(duì)吸氧鈦錠熔煉2分鐘，以有效去除爐腔內(nèi)殘存的氧氣后進(jìn)行母合金錠的熔煉；

熔煉合金母錠時(shí)，將純度大于99.9％的Ti、Zr、Nb、Cu、Be在氬氣保護(hù)下，通過(guò)電弧熔煉爐分兩步進(jìn)行熔煉：

第一步，熔煉TiZrNb合金錠：將Ti、Zr、Nb置于電弧爐內(nèi)，采用常規(guī)的熔煉方法將Ti、Zr、Nb熔煉成TiZrNb熔液；將得到的TiZrNb熔液在電弧爐的水冷銅模中冷卻并凝固成為TiZrNb合金錠；所述熔煉TiZrNb合金錠時(shí)，電流為450A，熔煉時(shí)間為5min；

第二步，熔煉非晶復(fù)合材料合金母錠：采用常規(guī)方法將Cu和Be放置在得到的TiZrNb合金錠上；對(duì)該TiZrNb合金錠和放置在該TiZrNb合金錠上的Cu和Be進(jìn)行熔煉，得到Ti₄₆Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₇的非晶復(fù)合材料合金溶液；所述的非晶復(fù)合材料合金溶液在電弧爐的水冷銅模中冷卻并凝固成為非晶復(fù)合材料合金母錠；在熔煉非晶復(fù)合材料合金錠時(shí)，電流為400A，熔煉時(shí)間為5min；

在熔煉TiZrNb合金錠和非晶復(fù)合材料合金母錠的過(guò)程中，使用水冷銅盤(pán)下的感應(yīng)線圈對(duì)熔體進(jìn)行電磁攪拌，攪拌電流為5～10mA，母合金錠反復(fù)熔煉5～6次，確保成分均勻；

步驟3：組織調(diào)控；

將得到的母合金錠破碎為塊狀后置于非晶復(fù)合材料組織調(diào)控裝置的水冷銅管的板狀槽內(nèi)；對(duì)裝置進(jìn)行抽真空至10^-2Pa～10^-1Pa；向所述非晶復(fù)合材料組織調(diào)控裝置的艙體內(nèi)充入高純氬氣，使艙體內(nèi)氣壓達(dá)到1.1～1.3個(gè)大氣壓，以防止空氣進(jìn)入艙體內(nèi)；停止向體內(nèi)充高純氬氣；再次對(duì)裝置進(jìn)行抽真空至10^-2Pa～10^-1Pa，并再次向所述非晶復(fù)合材料組織調(diào)控裝置的艙體內(nèi)充入高純氬氣，使艙體內(nèi)氣壓達(dá)到1.1～1.3個(gè)大氣壓；重復(fù)上述抽真空和充入氬氣的過(guò)程3～5次，以重復(fù)清楚艙體內(nèi)殘留空氣；

通過(guò)感應(yīng)電源將母合金錠熔體加熱至非晶基體液相線以上100～400℃，即767℃～1067℃進(jìn)行保溫處理，保溫時(shí)間10min～2h，得到經(jīng)過(guò)組織調(diào)控的母合金錠熔體；所述母合金錠熔體加熱溫度的波動(dòng)范圍為±3℃；

步驟4，凝固；關(guān)閉感應(yīng)加熱爐電源，使非晶復(fù)合材料合金熔體在水冷銅管的成型槽內(nèi)冷卻并凝固，獲得所需尺寸的非晶復(fù)合材料。

2.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述Ti-Zr-Nb-Cu-Be系非晶復(fù)合材料組織的調(diào)控方法的裝置，其特征在于，包括：感應(yīng)加熱線圈和由石英罩、水冷銅管、冷卻水管、真空密封罩、底座和蓋板組成的組織調(diào)控裝置腔體；所述的感應(yīng)加熱線圈套裝在石英罩上；在所述石英罩開(kāi)口端嵌入底座端面的卡槽內(nèi)，并且在該石英罩開(kāi)口端的外圓周表面套裝有真空密封罩；水冷銅管位于所述石英罩內(nèi)，并且該水冷銅管的一端焊在底座上的水冷銅管安裝孔內(nèi)；冷卻水管安裝在水冷銅管內(nèi)底部，并使該冷卻水管的一端穿過(guò)安裝在底座外側(cè)端面的蓋板，與出水口連接；真空密封罩、底座之間形成密封的艙體；所述石英罩、底座和真空密封罩同軸；所述水冷銅管的外圓周表面有水冷銅管的平臺(tái)段；所述水冷銅管的平臺(tái)段與水冷銅管的圓周段的長(zhǎng)度比為58：13；在所述水冷銅管的平臺(tái)段上等距離分布有三段用于制備不同截面和尺寸的成型槽，用于對(duì)具有不同尺寸要求的非晶復(fù)合材料進(jìn)行組織調(diào)控；其中第一段成型槽的橫截面為“U”形，第二段成型槽的橫截面為矩形，在第三段成型槽中有三個(gè)平行的U形成型槽，分別用于成形不同直徑的非晶復(fù)合材料棒材；所述三段成型槽從該水冷銅管的封閉端向敞口端依次排布。