由钛合金构成的高强度的、可塑变形的成型体制造技术

本发明专利技术的任务在于，制备由钛合金构成的高强度的和在室温下可塑变形的成型体，其相对于金属玻璃具有宏观的可塑性以及变形强度，而又基本上不损害其他的性能，如断裂强度、弹性延伸或腐蚀性能。根据本发明专利技术的成型体的特征在于，该型体由一种材料构成，其在它的组成中相应于化学式Ｔｉ↓［ａ］Ｅ１↓［ｂ］Ｅ２↓［ｃ］Ｅ３↓［ｄ］Ｅ４↓［ｅ］，其中Ｅ１为元素Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ和Ｙ构成的物质组中的一种元素或多种元素，Ｅ２为元素Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ和Ｐｔ构成的物质组中的一种元素或多种元素，Ｅ３为元素Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ构成的物质组中的一种元素或多种元素和Ｅ４为元素Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｐｂ和Ｓｂ构成的物质组中的一种元素或多种元素，并且具有ａ＝１００－（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ），ｂ＝０－２０，ｃ＝５－３０，ｄ＝５－３０，ｅ＝１－１５（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ以原子％为单位）。成型体具有均匀的微观组织结构，主要由玻璃状的或纳米晶体的基体，基体中嵌有延性的树枝状的ｋｒｚ（立方－体心的）－相构成。可以有具有较少容积份额的第三相。这种成型体可用作为高负荷构件，如用在飞机工业、航天、汽车工业，然而也用在医学领域的医疗仪器和植入件中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由钛合金构成的高强度的和在室温下可塑变形的成型体。当特别在复杂形状的构件对机械负荷、耐腐蚀性和表面应力提出高的要求时，这种成型体可用作为高负荷构件，如用在飞机工业、航天和汽车工业，然而也用于医疗领域的医学技术仪器和植入件中。现有技术已知，一些多组分的金属材料可通过快速凝固而转化成亚稳态的玻璃状状态(金属玻璃)，以得到优越的(如软磁的、机械的、催化的)性能。由于熔体所必需的冷凝速率而只可制备大多是在至少一维上具有较小尺寸的这些材料，如薄带材或粉末。从而它们作为结实的结构材料是不合适的(例如参见B.T.Masumoto，Mater.Sci.Eng.A179/180(1994)8-16)。已知多组分合金在一定的组成范围，通过铸造工艺方法也可制成结实形式，如具有＞1mm尺寸的金属玻璃，这样的合金例如是Pd-Cu-Si、Pd40Ni40P20、Zr-Cu-Ni-Al、La-Al-Ni-Cu(例如参见B.T.Masumoto，Mater.Sci.Eng.A179/180(1994)8-16和W.L.Johson in Mater.Sci.ForumVol.225-227，S.35-50，Transtec Publication 1996，Switzerland)。已知特别是可以制成具有化学式Ti50Ni25Cu25、Ti-Be-Zr、Ti-Ni-Cu-Al和Ti-Zr-Ni-Cu组成的具有＞1mm的金属玻璃(A.Inoue et al.，Mater.Lett.19，131(1994)，K.Amiya et al.，Mater.Sci.Eng.A179/A180，692(1994)，L.E.Tanner et al.，Scr.Met.11，1727(1977)，and D.V.Louzguine et al.，J.Mater.Res.14，4426(1999))。另外还已知以一定组成范围的四元Ti-Cu-Ni-Sn-合金在所有各维中都是＞1mm的金属玻璃-成型体(T.Zhang und A.Inoue，Mater.Trans.，JIM 39，1001(1998))。已知一种对于多组分的含铍的具有化学式(Zr100-a-bTiaNbb)75(BexCuyNiz)25的合金组成，此处系数a、b表示以原子％的元素份额，其中a＝18.34；b＝6.66和系数x、y、z表示以原子％的比例份额，其中x∶y∶z＝9∶5∶4。这种合金是二相的，其具有高强度的、脆的玻璃状的基体和延性的、可塑变形的树枝状的krz-相。这样就显著改善了在室温下的机械性能，特别是在宏观延伸区(C.C.Hays，C.P.Kimund W.L.Johnson，Phys.Rev.Lett.84，13，p.2901-2904，(2000))。迄今为止还不能制备具有高强度的玻璃状的基体和在其中嵌有延性的、可塑变形的树枝状的krz-相的二相的钛合金。本专利技术的说明本专利技术的任务在于，制备由钛合金构成的高强度的和在室温下可塑变形的成型体，其相对于所谓的金属玻璃具有在室温下的成型过程中宏观的可塑性和变形强度，而又基本上不损害其他的性能，如强度、弹性延伸或腐蚀性能。该项任务以在权利要求中所给出的高强度的成型体而得到解决。根据本专利技术的成型体的特征在于，其由一种材料构成，其在它的组成中相应于化学式为TiaE1bE2cE3dE4e其中E1为元素Ta、Nb、Mo、Cr、W、Zr、V、Hf和Y构成的物质组中的一种元素或多种元素，E2为元素Cu、Au、Ag、Pd和Pt构成的物质组中的一种元素或多种元素， E3为元素Ni、Co、Fe、Zn、Mn构成的物质组中的一种元素或多种元素和E4为元素Sn、Al、Ga、Si、P、C、B、Pb和Sb构成的物质组中的一种元素或多种元素，并且具有a＝100-(b+c+d+e)b＝0-20c＝5-30d＝5-30e＝1-15(a、b、c、d、e以原子％为单位)和可能还有少量的、由制备技术所决定的添加剂和杂质。在此成型体具有均匀的微观的组织结构，主要由玻璃状的或纳米晶体的基体，基体中嵌有延性的树枝状的krz(立方-体心的)-相构成。具有较少的最大为10％容积份额的第三相的存在是可能的。为了实现特别优选的性能这种材料应相当于具有TiaCucNidSne的组成，其中a＝45-55，c＝20-25，d＝15-25和e＝5-10(以原子％为单位的份额)。根据本专利技术在基体中所构成的树枝状的krz-相的容积份额为20-90％，优选为50-70％。初级-树枝状晶体轴线长度在1-100μm的范围和初级-树枝状晶体的半径为0.2-2μm。为了制备成型体，通过将钛合金熔体浇注入铜铸模中而制成成品铸件。在玻璃状或纳米晶体的基体中的树枝状的krz-相的检验和树枝状的析出物的大小和容积份额的确定可通过X射线衍射、扫描电子显微镜或透射电子显微镜实施。实施本专利技术的途径下面根据实施例来更清楚地解释本专利技术。实施例1具有Ti50Cu23Ni20Sn7(所给出的数字为原子％)组成的合金浇注入内径为3mm的圆柱形铜铸模中。所得到的成型体由一部分玻璃状的、一部分纳米晶体的基体和基体中嵌有延性的krz-相构成。树枝状相的容积份额估计为50％。这样在2010MPa的断裂强度时达到7.5％的断裂伸长。在1190MPa的强度时在技术拉伸极限处(0.2％延伸极限)的弹性延伸为2.5％。弹性模数为85.8GPa. 实施例2具有Ti60Ta10Cu14Ni12Sn4(所给出的数字为原子％)组成的合金浇注入内径为3mm的圆柱形铜铸模中。所得到的成型体由一部分玻璃状的、一部分纳米晶体的基体和在基体中嵌有延性的krz-相构成。树枝状相的容积份额估计为60％。这样在2200MPa的断裂强度时达到3.0％的断裂伸长。在1900MPa的强度时在技术拉伸极限处(0.2％延伸极限)的弹性延伸为1.0％。弹性模数为95.5GPa。权利要求1.一种由钛合金构成的高强度的、在室温下可塑变形的成型体，其特征在于，型体由一种材料构成，其在它的组成中相应于化学式为TiaE1bE2cE3dE4e其中E1为元素Ta、Nb、Mo、Cr、W、Zr、V、Hf和Y构成的物质组中的一种元素或多种元素，E2为元素Cu、Au、Ag、Pd和Pt构成的物质组中的一种元素或多种元素，E3为元素Ni、Co、Fe、Zn、Mn构成的物质组中的一种元素或多种元素和E4为元素Sn、Al、Ga、Si、P、C、B、Pb和Sb构成的物质组中的一种元素或多种元素，并且具有a＝100-(b+c+d+e)b＝0-20c＝5-30d＝5-30e＝1-15(a、b、c、d、e以原子％为单位)和可能还有少量的、由制备技术所决定的添加剂和杂质，和该成型体具有均匀的微观组织结构，主要由玻璃状的或纳米晶体的基体，基体中嵌有延性的树枝状的krz(立方-体心的)-相。在此可以含有最大为10％较少容积份额的第三相。2.根据权利要求1的成型体，其特征在于，材料具有b＝0-15，c＝20-25，d＝15-25和e＝5-10(原子％)的组成。3.根据权利要求1的成型体，其特征在于，在基体中所形成的树枝状的krz-相的容积份额为20-90％，优选为50-70％。4.根据权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由钛合金构成的高强度的、在室温下可塑变形的成型体，其特征在于，型体由一种材料构成，其在它的组成中相应于化学式为Ｔｉ↓［ａ］Ｅ１↓［ｂ］Ｅ２↓［ｃ］Ｅ３↓［ｄ］Ｅ４↓［ｅ］其中Ｅ１为元素Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ和Ｙ构成的物质组中的一种元素或多种元素，Ｅ２为元素Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ和Ｐｔ构成的物质组中的一种元素或多种元素，Ｅ３为元素Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ构成的物质组中的一种元素或多种元素和Ｅ４为元素Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｐｂ和Ｓｂ构成的物质组中的一种元素或多种元素，并且具有ａ＝１００－（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）ｂ＝０－２０ｃ＝５－３０ｄ＝５－３０ｅ＝１－１５（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ以原子％为单位）和可能还有少量的、由制备技术所决定的添加剂和杂质，和该成型体具有均匀的微观组织结构，主要由玻璃状的或纳米晶体的基体，基体中嵌有延性的树枝状的ｋｒｚ（立方－体心的）－相。在此可以含有最大为１０％较少容积份额的第三相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：何国，沃尔夫冈洛泽，尤尔根埃克特，乌塔库恩，
申请(专利权)人：德累斯顿协会莱布尼茨固体材料研究所，
类型：发明
国别省市：DE[德国]