一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性的方法，包括：设计制作制备中空锥形试样的铜模，制备中空锥形非晶合金试样，测试中空锥形非晶合金试样的性能，将制备的中空锥形非晶合金试样经过高压扭转变形，测试中空锥形非晶合金经过高压扭转变形后热力学和耐磨性性能。本发明专利技术制备了中空锥形非晶合金，并利用高压扭转技术对中空锥形非晶合金进行塑形变形，提高了中空锥形非晶合金的热稳定性以及耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】(一)
本专利技术涉及。(二)
技术介绍
非晶合金与晶体相比具有一些特殊的优良性能，如高强度、高韧性和高耐蚀性等。中空锥形非晶合金因其形状的特殊性可广泛用于军事领域，而且非晶合金材料在高速载荷的作用下具有非常高的动态断裂韧性，在侵彻金属时具有良好的自锐性，是穿甲弹芯的首选材料之一。还可以将其应用于直喷汽油机中空锥形燃油喷雾的喷头，汽车或者飞机发动机的发动机燃油喷头等等，尤其是一些常规晶体金属及其合金不能够满足硬度、耐磨性或者腐蚀性等要求的特殊场所。目前，已有研究表明利用高压扭转技术可以提高晶体材料的性能。高压扭转是在变形体轴向方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用在其横截面上施加一扭矩，促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形的特殊塑性变形工艺。利用高压扭转技术已经对铝合金、钛合金、镍合金、纯铬、纯钛、纯铜和铜合金、Co-N1复合材料进行了研究，结果表明，这些材料经过高压扭转后其性能得到了明显的改善。(三)
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性性的方法；本专利技术的技术方案由以下几部分组成:1、设计制作制备中空锥形试样的铜模；2、制备中空锥形非晶合金试样；3、测试中空锥形非晶合金试样的性能；4、将制备的中空锥形非晶合金试样经过高压扭转变形；5、测试中空锥形非晶合金经过高压扭转变形后热力学和耐磨性性能。，包括如下步骤:1、制备中空锥形铜模中空锥形铜模采用纯铜制作:铜模a为两个完全相同的实心半圆柱体，两端通过螺母将两个实心半圆柱体的竖切面无间隙啮合在一起；在每个实心半圆柱体的竖切面上，最上部开始是一个小直径的半圆柱体空腔(冒口)；冒口下面是半圆锥体空腔，用来形成锥形铸件；半圆锥体空腔下面是两个直径不同的半圆柱空腔(起定位作用)；两个半圆柱体铜模对应组成完整的圆锥体和圆柱体空腔；完整空腔与实心小铜模b啮合，铜模b上部分为实心圆锥体，下部为两个直径不同的实心圆柱体；铜模b的圆锥体部分是铜模a圆锥体空腔部分的等比例缩小，而圆柱体部分与铜模a的空腔直径相同；铜模a和铜模b圆锥体部分啮合形成的薄壁圆锥体空腔即为所需的中空锥形铸件。2、制备中空锥形非晶合金试样第一步，制备母合金:按照设计的合金的原子百分比，将合金中的组元转换成重量百分比wt.%，称取各组元量值，将按成分配比称量的金属材料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩祸内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼:首先抽真空至10 3Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔化后，再持续进行电磁搅拌熔炼10秒钟，冷却，然后将其翻转，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的母合金锭；第二步，吸铸中空锥形合金试样:将上述熔炼好的母合金锭置于石英管内，石英管一端与氩气相通，另一端有直径2mm的小孔；管内通氩气保护，利用感应线圈加热的方式熔炼母合金，熔化后，开启吹铸装置，同时断电，让合金熔体通过石英管的小孔吹入制备的铜模中，冷却至室温，拆开铜模即可得到薄壁中空锥形合金。3、测试中空锥形非晶合金试样的性能中空锥形非晶合金的X射线衍射是在D/max-rB型X射线衍射仪上完成的。其扫描范围可达5°?100°，扫描速度为4deg/min，步长为0.02°，Cu靶辐射，工作电压和电流分别为40kV和120mA。中空锥形非晶合金的X射线衍射曲线通常表现为有一个漫散射峰，而晶体材料则表现为衍射曲线上强度各不相同的明锐的衍射峰。利用XRD曲线确定试样是否为非晶态合金。同时，利用差示扫描量热仪测量试样的DSC，再利用滑动摩擦系统测试试样的耐磨性性能。4、将制备的中空锥形非晶合金试样经过高压扭转变形利用高压扭转设备将制备的中空锥形非晶合金试样进行高压扭转变形，压力20吨，扭转一周，扭转速度为1转/分钟。5、测试经过高压扭转变形后中空锥形非晶合金试样的性能利用差示扫描量热仪测量高压扭转变形后试样的DSC和滑动摩擦系统测试耐磨性性能。测量结果表明经过高压扭转变形后中空锥形非晶合金的特征温度提高，过冷液相区间增大，耐磨性提高。本专利技术的创新点为:制备了中空锥形非晶合金，并利用高压扭转技术对中空锥形非晶合金进行塑形变形，提高了中空锥形非晶合金的热稳定性以及耐磨性。本专利技术应用领域:中空锥形非晶合金在结构和性能上的特殊性使其在应用方面具有广阔的前景，尤其是在军事领域。例如非晶合金材料在高速载荷的作用下具有非常高的动态断裂韧性，在侵彻金属时具有良好的自锐性，是穿甲弹芯的首选材料之一。还可以应用于直喷汽油机中空锥形燃油喷雾的喷头，汽车或者飞机发动机的发动机燃油喷头等等，一些常规金属及其合金不能够满足硬度、韧性或者腐蚀性要求下的特殊场所。(四)【附图说明】图1为铜模的AutoCAD图图中:a图为铜模a AutoCAD图；b图为小铜模b AutoCAD图。图2为高压扭转工作图及变形前后试样实物图；图中:图a为高压扭转工作示意图；图13和图c分别为扭转变形前后的试样实物图。图3为中空锥形非晶合金试样高压扭转变形前后的XRD图。由图3看出:两条XRD曲线都是弥散的峰，表明制备的试样变形前为非晶态结构，而且经过高压扭转变形，结构成份没有变化，仍是非晶态结构。图4为空锥形非晶合金试样高压扭转前后DSC图。图4看出:在DSC图上可以清晰的看出，高压扭转前的玻璃转变温度是385°C，晶化温度是463°C。高压扭转后，玻璃转变温度提高为390°C，晶化温度提高为486°C。图5为中空锥形非晶合金试样高压扭转前后磨损量对比图；由图5看出:相同条件下，经过高压扭转后中空锥形非晶合金试样的磨损量明显减少，表明高压扭转提高了中空锥形非晶合金的耐磨性。(五)【具体实施方式】1、制备中空锥形非晶合金试样首先设计制作中空锥形铜模。说明书附图中图1即为设计的铜模。铜模分为铜模a和铜模b两部分:铜模a为两个完全相同的实心半圆柱体，两端通过螺母将竖切面无间隙啮合在一起。在实心半圆柱体竖切面上，上部是直径为5.49mm的半圆柱体空腔(冒口)，下面是半圆当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性的方法，其特征在于包括如下步骤：1)制备中空锥形铜模中空锥形铜模采用纯铜制作：铜模a为两个完全相同的实心半圆柱体，两端通过螺母将两个实心半圆柱体的竖切面无间隙啮合在一起；在每个实心半圆柱体的竖切面上，最上部开始是一个小直径的半圆柱体空腔即冒口；冒口下面是半圆锥体空腔，用来形成锥形铸件；半圆锥体空腔下面是两个直径不同的半圆柱空腔，半圆柱空腔起定位作用；两个半圆柱体铜模对应组成完整的圆锥体和圆柱体空腔；完整空腔与实心小铜模b啮合，铜模b上部分为实心圆锥体，下部为两个直径不同的实心圆柱体；铜模b的圆锥体部分是铜模a圆锥体空腔部分的等比例缩小，而圆柱体部分与空腔直径相同；铜模a和铜模b圆锥体部分啮合形成的薄壁圆锥体空腔即为所需的中空锥形铸件。2)制备中空锥形非晶合金试样第一步，制备母合金：按照设计的合金的原子百分比，将合金中的组元转换成重量百分比wt.％，称取各组元量值，将按成分配比称量的金属材料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼：首先抽真空至10‑3Pa，然后充入氩气至气压为0.06‑0.08MPa，熔化后，再持续进行电磁搅拌熔炼10秒钟，冷却，然后将其翻转，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的母合金锭；第二步，吸铸中空锥形合金试样：将上述熔炼好的母合金锭置于石英管内，石英管一端与氩气相通，另一端有直径2mm的小孔；管内通氩气保护，利用感应线圈加热的方式熔炼母合金，熔化后，开启吹铸装置，同时断电，让合金熔体通过石英管的小孔吹入制备的铜模中，冷却至室温，拆开铜模即可得到薄壁中空锥形合金；3)测试中空锥形非晶合金试样的性能利用X射线衍射仪对中空锥形合金试样进行X射线衍射分析，根据XRD曲线确定试样是否为非晶态合金；同时，利用差示扫描量热仪测量试样的DSC，再利用滑动摩擦系统测试试样的耐磨性性能；4)将制备的中空锥形非晶合金试样经过高压扭转变形利用高压扭转设备将制备的中空锥形非晶合金试样进行高压扭转变形，压力20吨，扭转一周，扭转速度为1转/分钟；5)测试经过高压扭转变形后中空锥形非晶合金试样的性能利用差示扫描量热仪测量高压扭转变形后试样的DSC和滑动摩擦系统测试耐磨性性能；测量结果表明经过高压扭转变形后中空锥形非晶合金的特征温度提高，过冷液相区间增大，耐磨性提高。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晶，刘海鹏，张晓辉，张晓蓉，刘景涛，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37