[發明專利]一種具有超大非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201811171958.1
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109252112B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 姚可夫;谷佳倫;邵洋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;C22C1/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明屬于非晶態合金材料技術領域，涉及一種具有超大非晶非晶形成能力的Ti?Zr?Be?Ni?Cu(Fe)非晶合金及其制備方法。所述Ti基非晶合金的組成如以下通式所示：(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100?xCu_x或(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100?xFe_x，其中a，b，c，d，x均為原子百分比，取值范圍是：41≤a≤55，15≤b≤25，20≤c≤26，8≤d≤10，0x≤12，且所有元素原子比例之和為100。所述Ti基非晶合金制備方法如下：合金成分按照原子百分比換算成質量百分比，并采用高純原料稱重；將電弧熔煉腔室抽至高真空并在氬氣保護下利用電弧熔煉制備合金錠；將所得合金錠熔化后吸鑄、噴鑄或澆鑄制備所需形狀和尺寸的非晶合金。本發明制備的Ti基非晶合金的最大臨界尺寸可達52mm，有望應用于航天航空等領域。

技術領域

本發明屬于非晶態合金材料技術領域，涉及一種具有超大非晶形成能力的Ti-Zr-Be-Ni-Cu(Fe)非晶合金及其制備方法。

背景技術

非晶態合金，又稱金屬玻璃，其微觀原子排列結構具有長程無序、短程有序的特征。與傳統晶態合金相比，非晶態合金不具有原子排列的周期對稱性，這種特殊的原子排列結構使其具有一系列獨特的力學、物理以及化學性能。例如，Co基非晶合金的最大壓縮強度可達6GPa，是目前已知金屬材料中強度最高的合金；Fe基非晶合金因其優異的軟磁性能已經實現大規模的商業化應用。其中，Ti基非晶合金是一種以鈦為主要組元，通過銅模吸鑄、銅模澆鑄等快冷方法制備得到的非晶合金。與目前已得到大量研究的Zr基、Fe基、Pd基非晶合金相比，Ti基非晶合金具有高比強度、低彈性模量、強耐腐蝕性以及良好的生物相容性等諸多優點，在航天航空、3C電子、生物醫用領域具有很大的應用前景，例如用于制造柔性變速部件、彈性蓄能/減震系統等。

非晶合金實現工業化應用的關鍵在于是否有充足的非晶形成能力冗余，使其在工業制備條件下滿足產品設計所要求的尺寸。目前Ti基非晶合金的形成能力非常有限，三元合金體系中，Ti-Zr-Be的最大非晶臨界尺寸僅6mm；四元體系中，Ti-Zr-Be-Ni和Ti-Zr-Be-Cu的最大非晶臨界尺寸為20mm。研究發現，在五元合金體系中，Ti-Zr-Be-Fe-Cu的最大非晶臨界尺寸達32mm以上。可見，在四元鈦基非晶合金的基礎上，進一步合金化，可望進一步開發出大非晶形成能力的鈦基非晶合金。由于鈦基非晶合金具有多種優異性能，因此，開發具有強非晶形成能力的Ti基非晶合金體系具有重要實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有超大非晶形成能力的Ti-Zr-Be-Ni-Cu(Fe)合金及其制備方法，用于解決現有技術中Ti基非晶合金形成能力不足的問題，開發非晶形成能力更大的鈦基非晶合金系。通過合金系統熱力學計算、平均原子半徑差、電負性、混合焓和混合熵等分析，進行成分設計、實驗分析和優化，利用銅模澆鑄的技術手段獲得臨界尺寸達到52mm的Ti-Zr-Be-Ni-Cu非晶合金。

本發明的具體技術方案如下。

一種具有超大非晶形成能力的Ti-Zr-Be-Ni-Cu(Fe)非晶合金，該Ti基塊體非晶合金的組成為(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100-xCu_x或(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100-xFe_x，其中a，b，c，d，x均為原子百分比，取值范圍是：41≤a≤55，15≤b≤25，20≤c≤26，8≤d≤10，0x≤12，且所有元素原子比例之和為100。