[發明專利]一種高彈性模量及近零線膨脹系數的鈦鈮合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202211252154.0
• 申請日: 2022-10-13
• 公開（公告）號: CN115537599B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王皓亮;宋成浩;孫振忠
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/00;C22F1/18;B21C37/02;C21D9/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京中睿智恒知識產權代理事務所(普通合伙) 16025
• 代理人: 黃莉

本發明提供了一種高彈性模量及近零線膨脹系數的鈦鈮合金及其制備方法，鈦鈮合金由純鈦和純鈮兩種元素組成，其中Nb的質量分數為32％?35％，其余都是Ti；鈦鈮合金的制備方法包括如下步驟：步驟S1：采用真空自耗電極電弧熔煉技術進行4次熔煉鑄錠；步驟S2：鑄錠經過高溫均勻化退火熱處理，消除元素偏析；步驟S3：鑄錠熱鍛為方坯；步驟S4：方坯熱軋為厚板；步驟S5：厚板進行固溶處理和淬火處理；步驟S6：淬火處理后的厚板在室溫進行冷軋；步驟S7：將冷軋板進行等溫熱處理。

技術領域

本發明屬于合金制備領域，特別涉及一種高彈性模量及近零線膨脹系數的鈦鈮合金及其制備方法。

背景技術

物質的長度或體積隨溫度的升高而增加的現象，被稱為熱膨脹。絕大部分固體材料都遵循這個自然界普遍規律，其本質是溫度升高促使晶格非簡諧振動加劇，由于原子作用勢的不對稱特征而導致質點平均間距變大。在眾多工程領域，特別是在系統組件尺寸較小且要經歷較大溫度變化，或者在很寬溫域內要求極端的尺寸穩定性的情況下，控制熱膨脹量的匹配是一個重要目標。例如，在航空航天、微電子器件、光學儀器等精密儀器設備中應用的結構部件，對尺寸穩定性具有極為嚴苛的要求。然而，各種因溫度升高或降低而導致的材料形狀變化對其功能特性和可靠性有著很大影響。近零膨脹材料在國民經濟重要工程領域具有廣闊應用前景，可為保證高端裝備中精密結構尺寸熱穩定性提供有力支撐。

近年來，各國學者發現馬氏體基鈦鈮合金具備可調控膨脹系數的特性，可在較寬溫度范圍內獲得穩定的近零熱膨脹性能?，F階段獲得近零線膨脹系數鈦鈮合金的基本原理是，利用材料內部a”馬氏體物相的負熱膨脹能力(熱縮冷脹)，主要是(020)_a”、(130)_a”、(022)_a”等晶面的本征負膨脹性能，采用冷變形工藝形成強織構，讓具備負膨脹性能的晶面排列方向趨于一致，通過控制織構的強度，在沿冷變形方向上達到一種平衡狀態，使幾個負膨脹晶面(主要是(020)_a”晶面)的熱縮冷脹恰好能抵消材料中其他晶面的熱脹冷縮，從而使材料在宏觀尺度上表現出接近于零的線膨脹系數。如文獻1、Tailored?thermal?expansionalloys,(http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2015.09.012)；文獻2、Routes?tocontrol?diffusive?pathways?and?thermal?expansion?in?Ti-alloys(https://doi.org/10.1038/s41598-020-60038-x)。

采用上述工藝獲得的鈦鈮合金材料沿著零膨脹方向都存在較多體積分數的(020)_a”晶面織構，且這個方向上材料整體的彈性模量較低，材料受力時容易發生彈性變形，因此限制了材料的應用。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種高彈性模量及近零線性熱膨脹系數的鈦鈮合金及其制備方法，鈦鈮合金由純鈦和純鈮兩種元素組成，其中Nb的質量分數為32％-35％，其余都是Ti。

進一步的，鈦鈮合金的制備方法包括如下步驟：

步驟S1：采用真空自耗電極電弧熔煉技術進行4次熔煉鑄錠；

步驟S2：鑄錠經過高溫均勻化退火熱處理，消除元素偏析；

步驟S3：鑄錠熱鍛為方坯；

步驟S4：方坯熱軋為厚板；

步驟S5：厚板進行固溶處理和淬火處理；

步驟S6：淬火處理后的厚板在室溫進行冷軋；

步驟S7：將冷軋板進行等溫熱處理；

優選的，步驟S3中的熱鍛溫度為900-1000攝氏度。