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一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺制造技术

技术编号:10716382 阅读:220 留言:0更新日期:2014-12-03 18:52
本发明专利技术属于新型结构材料耐蚀性能改进研究,具体是一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺,其特征在于:是以原子百分比为Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5的合金组分金属玻璃为基材,通过在593K退火15min来达到最佳的耐蚀性能。本发明专利技术选择Vit105块体金属玻璃为研究对象,通过在Tg以下不同温度退火得到不同程度弛豫状态试样,结合不同溶液中的腐蚀性能测试,获得退火温度对耐蚀性能的影响,优化Vit105块体金属玻璃耐蚀性能,这对深入认识块体金属玻璃并科学合理地应用这类新型功能性材料,具有较高的实际价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于新型结构材料耐蚀性能改进研究,具体是一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺,其特征在于:是以原子百分比为Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5的合金组分金属玻璃为基材,通过在593K退火15min来达到最佳的耐蚀性能。本专利技术选择Vit105块体金属玻璃为研究对象,通过在Tg以下不同温度退火得到不同程度弛豫状态试样,结合不同溶液中的腐蚀性能测试,获得退火温度对耐蚀性能的影响,优化Vit105块体金属玻璃耐蚀性能,这对深入认识块体金属玻璃并科学合理地应用这类新型功能性材料,具有较高的实际价值。【专利说明】一种提高ZrCuNiAITi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺
本专利技术属于新型结构材料耐蚀性能改进研究,具体是一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺,主要应用领域为未来海军舰船的表面防护、滨海发电厂的关键设备,外科手术的手术刀、人造骨头、电磁刺激的体内生物传感材料、人造牙齿以及精密仪器弹簧等,汽车、高速轨道交通工具及飞机等轻型化外壳,高档体育用品的制备,变压器铁芯,需良好自锐性的穿甲材料等。
技术介绍
金属玻璃即所谓的非晶态合金,因其自身原子的无序排列,内部结构不存在晶态合金中的位错、晶界及层错等缺陷,从而具有良好的耐蚀性能和优异的机械性能。由于金属玻璃在过冷液相区具有优异的超塑性变形能力,因而在一些复杂零件制备方面具有独特优势。早期由于金属玻璃的尺寸较小,其应用受到了很大限制。近年来,随着一些新型金属玻璃体系的发现,金属玻璃在一些精密零件、医用材料和娱乐材料等领域均得到了初步应用。 金属玻璃在制备过程中由于快速冷却而处于亚稳态,相对于传统材料而言,金属玻璃在实际服役过程中更容易向能量更低的亚稳态转变,即发生所谓的结构弛豫,甚至是相分离,从而导致金属玻璃综合性能发生明显变化,影响其服役效果。为研究结构弛豫对金属玻璃性能的影响,人们通常通过控制退火条件,使金属玻璃发生一定程度的结构弛豫,结合相应的性能测试,从而进一步优化金属玻璃性能。比如为提高金属玻璃的室温塑性,研究人员采用了多种途径如等温退火、在屈服强度以下预压缩、外加或内生第二相等方法。 Zr基块体金属玻璃具有良好的玻璃形成能力,是目前最具应用前景的金属玻璃体系之一。在力学性能得到广泛研究的同时,Zr基金属玻璃在水溶液,尤其是生物溶液中的腐蚀性能研究也得到了较大重视,研究结果均表明金属玻璃具有较好耐蚀性。但由于金属玻璃的结构不稳定性,随着结构弛豫的不断发生,自由体积将逐渐减小,甚至出现相分离或局部晶化,其耐蚀性能也将受到影响。遗憾的是,结构弛豫对耐蚀性能影响的研究还相对较少。Jayaraj 等报道了结构弛豫对Zr48Cu36Ag8Al8金属玻璃耐腐蚀性能的影响,发现573 K退火(玻璃化转变温度1^680 K) 30分钟有助于改善金属玻璃的钝化行为。对Zr6ciCu2ciAliciFe5Ti5金属玻璃而言,Tg以下4 K退火I飞分钟能改善金属玻璃耐蚀性能,且完全晶化将能进一步提高耐蚀性。然而通过控制退火温度优化Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 (Vitl05,下同)块体金属玻璃耐蚀性能的研究还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的正是基于上述现有技术状况而提供的一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺,通过不同温度下的退火处理得到不同弛豫状态的样品,分析腐蚀介质种类、浓度以及退火温度对Zr52.Wu1I9Ni146Al1 Ji5块体金属玻璃耐腐蚀性能的影响,优化耐蚀性能,获得最佳退火温度。 本专利技术选择VU105块体金属玻璃为研究对象,通过在Tg以下不同温度退火得到不同程度弛豫状态试样,结合不同溶液中的腐蚀性能测试,获得退火温度对耐蚀性能的影响,优化VU105块体金属玻璃耐蚀性能,这对深入认识块体金属玻璃并科学合理地应用这类新型功能性材料,具有较高的实际价值。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺,是以原子百分比为Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5的合金组分金属玻璃为基材,通过在593K退火15min来达到最佳的耐蚀性能。 在本专利技术中,所述Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al1(lTi5的合金组分金属玻璃是通过以下工艺步骤制备而成的:(1)利用高纯单质Zr、Cu、N1、Al和Ti金属,采用电弧炉制备母合金;(2)利用电弧熔化母合金,借助铜模和熔炼室间的压力差,将母合金熔液吸入铜模中,制备块体金属玻璃。 在步骤(1)中,熔炼室内真空度需高于10_3 Pa,熔炼时需通氩气保护,熔炼样品前先进行2~3次纯钛锭的熔炼。熔炼母合金时,需进行电磁搅拌,每个母合金锭至少进行4次反复熔炼,每次熔炼后需翻转合金锭。 在步骤(2)中,需保证母合金锭充分熔化,熔体温度控制在850-900°C,以便将母合金液吸入铜模中。 在具体退火过程中,样品应先放入石英管中,抽真空后利用流动Ar气保护,以7K/min速度升温至593K后,保温15分钟,停止加热并炉冷。 本专利技术的具体步骤如下:(1)利用高纯度金属Zr、Cu、Al、Ni和Ti为原料,采用高真空电弧熔炼及吸铸系统制备Vitl05金属玻璃;(2)将金属玻璃分别在403、503、553、593、623和653K温度下进行保温时间为15 min的退火处理;(3)不同退火态试样的XRD和DSC测试分析; (4)不同退火态试样在不同酸碱盐溶液中进行室温下的浸泡腐蚀测试和不同浓度氯离子溶液中的极化曲线测试;(5)分析实验结果,获得退火温度对耐蚀性能的影响,优化合金耐蚀性能。 在上述的具体步骤(1)中,配料的纯金属原料需先用锯床切割成小块,然后用砂纸打磨掉表面油溃和氧化层,并用低浓度的盐酸溶液快速清洗,最后将配料放在酒精中进行超声波清洗15分钟后取出烘干。为保证吸铸成功,吸铸坩埚中的合金一般在10 g左右,所以每次熔炼好的母合金锭都需剪切成小块才开始进行吸铸。整个熔炼及吸铸过程均在高真空且惰性气体保护下进行。 在上述的具体步骤(2)中,为防止样品在加热过程被氧化,在样品四周放入一些纯海绵钛,有利于吸收管内残留氧气。在整个退火过程中,炉内需要一直通有保护性氩气;退火实验完成后,取出试样,用砂纸打磨掉表面的氧化膜并清洗干净。 在上述的具体步骤(4)和(5)中,对实验前样品的处理要求很高,在腐蚀实验中要确保不同状态的任何样品具有相同的长度和横截面,且截面均具有相同的抛光度。 本专利技术与现有技术相比具有如下优点:相同测试环境中Vitl05 BMG和304L不锈钢耐蚀性对比实验表明,VU105的耐蚀性明显更优,且通过控制退火温度可进一步提高其耐蚀性。综合结果表明:在NaCl,NaOH, H2SO4和HCl溶液中,593 K退火15 min可使Vit 105金属玻璃具有最佳的耐蚀性。 第一:在0.6 M NaCl溶液中,593 K退火态的腐蚀速率仅为0.0011 mm/a,相对于铸态样品降低幅度达54%,也明显低于304L不锈钢的0.0033 mm/a; I M HCl溶液中,593 K退火态的本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺,其特征在于:是以原子百分比为Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5的合金组分金属玻璃为基材,通过在593K退火15min来达到最佳的耐蚀性能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡彬李凤鲜李栋梁王银春胡行刘忠侠杨昇宋天福
申请(专利权)人:郑州大学
类型:发明
国别省市:河南;41

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