[發(fā)明專利]一種鈦鉬鈮合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110859958.6
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113667876B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林濤;宋可;邵慧萍;蘆海洋;李強華;王雪婷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22F1/18;B22F3/17;B22F3/24;C22C1/04;C22C14/00;C22C27/02;C22C27/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明涉及一種新型鈦鉬鈮合金，所述鈦鉬鈮合金的成分為：鉬20～45wt％，鈮5～30wt％，其余為鈦。所述鈦鉬鈮合金的組織為β?Ti，壓縮強度為1850?2000MPa，塑性變形10?15％，壓縮彈性模量為22?32GPa。本發(fā)明鈦鉬鈮合金的制備方法是用氫化鈦粉、鉬粉和鈮粉為原料，包括混合、冷等靜壓成形、真空燒結(jié)和熱處理等步驟。本發(fā)明添加鈮元素，在保持較高強度的同時明顯提高塑性，同時對中子吸收更低。本發(fā)明使用氫化鈦粉以及通過固溶和淬火處理得到全部β?Ti相的顯微組織，使中子衍射實驗下完全沒有特征衍射峰出現(xiàn)。采用氫化鈦粉代替了鈦粉，降低成本。通過鍛造處理，得到強度和塑性都很高的鈦鉬鈮合金。本發(fā)明鈦鉬鈮合金可應(yīng)用于中子衍射相關(guān)領(lǐng)域，也可應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于中子衍射領(lǐng)域的鈦鉬鈮合金中子透明材料，尤其涉及一種通過粉末冶金工藝制備所述鈦鉬鈮合金的方法，獲得在中子衍射實驗中無特征衍射峰的鈦鉬鈮合金；另外由于其低彈性模量的特征，亦可用作生物植入材料。

背景技術(shù)

高壓作為一個極端條件，會引發(fā)眾多常壓條件下無法產(chǎn)生的物理化學現(xiàn)象，這是新材料的研究與制備的重要源泉，可以發(fā)展新材料、探索新現(xiàn)象、發(fā)展新理論。中子衍射通常指德布羅意波長為約1埃左右的中子(熱中子)通過晶態(tài)物質(zhì)時發(fā)生的布拉格衍射，比X射線衍射有著更強的穿透性和磁矩。目前，中子衍射方法是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要手段之一。

高壓條件下的中子衍射實驗把材料結(jié)構(gòu)、行為等的研究推向新的高度，是在復雜化合物的結(jié)構(gòu)和動力學研究中的強有力的手段。高壓原位中子衍射實驗可以提供獨特的材料表征手段，用以研究結(jié)構(gòu)相變、高壓狀態(tài)方程、強度及彈性模量、織構(gòu)等。目前，高壓中子衍射技術(shù)的發(fā)展使得材料科學在晶體結(jié)構(gòu)、點陣動力學、織構(gòu)等研究中取得了許多令人矚目的成果。

對中子沒有散射的材料稱為中子透明材料，即中子束可以完全透過該材料。只有散射的共格部分對衍射有貢獻，由于散射還有非共格的部分，這種中子透明材料對中子并不是完全透明的，會有一些均勻的吸收背景，但不會有衍射花紋出現(xiàn)。

目前，科學界廣泛使用的中子透明材料為美國于1956年提出的Ti-Zr合金材料，研究表明將Ti-Zr合金作為高壓中子衍射的封墊在高壓下強度太低，不能支持高壓力，在高壓下情況下，厚度變得很薄，能夠容納樣品的數(shù)量很少，給中子衍射帶來困難，且Ti-Zr合金附著力強，易附著在金剛石臺面上，極不易清理，甚至造成金剛石壓砧的破壞。中國專利ZL201510998659.5設(shè)計了一種新型的鉬鈦合金，具有比Ti-Zr合金高的強度，能夠提高高壓腔體的壓力，增多高壓實驗樣品數(shù)量；并且對金剛石的粘附很低，高壓實驗后容易清潔金剛石壓砧，能夠延長金剛石壓砧的使用壽命，降低高壓實驗的成本。但單純的鉬鈦合金對中子吸收稍大，并且塑性較低，限制了其在高壓中子衍射領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

綜上所述，現(xiàn)需研發(fā)一種新型中子透明材料，兼具有優(yōu)秀的綜合力學性能與中子衍射性能，不僅可以應(yīng)用于樣品腔封墊，亦可應(yīng)用于整個高壓裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有中子透明材料的不足，本發(fā)明提供了一種新型鈦鉬鈮合金中子透明材料及其制備方法。

在本發(fā)明中，首先要找到原子的中子相干散射長度值為負值的元素并搭配合適的相干散射長度值為正值的元素，使之相互抵消。并且考慮元素對中子的吸收要小，考慮到合金的強度和塑性以及組織的均一性，從而優(yōu)選出元素Ti、Mo和Nb。

基于以上原理，本發(fā)明首先提供一種新型鈦鉬鈮合金，所述鈦鉬鈮合金的成分：鉬20～45wt％，鈮5～30wt％，其余為鈦；所述鈦鉬鈮合金的組織為β-Ti，壓縮強度為1850-2000MPa，塑性變形10-15％，在中子衍射實驗下無特征衍射峰出現(xiàn)，應(yīng)用于中子衍射相關(guān)領(lǐng)域。

進一步，所述優(yōu)選鈦鉬鈮合金的成分為：鉬25～35wt％，鈮15～25wt％，其余為鈦。

進一步，所述鈦鉬鈮合金的壓縮彈性模量為22-32GPa，與人體骨相當，可作為生物植入材料應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。