一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法技术

技术编号:20010843 阅读:18 留言:0更新日期:2019-01-05 20:38
本发明专利技术公开了一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法,该方法以Ti、Cu为原料,在此基础上,通过添加Co‑Pd/ZnO合金纳米颗粒,进一步提高合金体系的非晶形成能力,最终得到高强度、高韧性的钛基块体非晶合金复合材料。本发明专利技术制备的非晶合金复合材料与传统的合金相比,强度高、冲击韧性高,改善了非晶合金强度低、脆性高的问题。

Preparation of Titanium-based bulk amorphous alloy composites

The invention discloses a preparation method of titanium-based bulk amorphous alloy composite material. The method takes Ti and Cu as raw materials. On this basis, the amorphous forming ability of the alloy system is further improved by adding Co_Pd/ZnO alloy nanoparticles, and finally a titanium-based bulk amorphous alloy composite material with high strength and toughness is obtained. Compared with the traditional alloy, the amorphous alloy composite prepared by the invention has high strength and impact toughness, and improves the problems of low strength and high brittleness of the amorphous alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种合金的制备方法,具体涉及一种具有高强度高韧性非晶合金材料的制备方法。
技术介绍
非晶态合金是指固态合金中原子的三维空间呈拓扑无序排列,原子排列呈现长程无序、短程有序结构,具有高强度、硬度,并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金。非晶态合金的微观原子结构与传统的晶态合金不同,是一类原子排列具有长程无序、短程有序结构的金属合金。与晶态合金相比,这种缺乏原子排列周期对称性和各向异性的无序结构给非晶态合金带来了一系列独特的力学、物理及化学性能。非晶合金以其独特的结构,表现出很多优异的力学、物理和化学性能,因而在航空航天、精密机械、信息等工业领域都有重要的应用价值,非晶合金具有优异的综合性能,是材料研究领域的热点,不仅在航空、宇宙行业中有着重要的应用,而且己经在医疗器械、化工、石油、轻工、冶金等工业部门中得到广泛应用,但它的缺点是很脆,非晶的脆性一直以来是非晶研究领域很难攻克的一道关卡。本专利技术根据以上背景中所陈述出的问题,以钛金属为原料,设计出一种新型钛基块体非晶合金复合材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术公开了一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法,主要解决了目前市场上非晶合金强度低、脆性高的问题。一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:1)取500~740重量份Ti,260~620重量份Cu,放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至1700℃,充分搅拌后,得到Ti-Cu合金液,在1700℃下保温0.5~1小时后使温度降低至1050~1200℃,然后再加入5~45重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒后再升温至1450~1668℃搅拌保温2小时,经六氯乙烷(C2Cl6)精炼除气3min后扒渣,静置10~20min,等熔体温度降至1050~1150℃时浇注到560~800℃的金属模具中;2)将上述熔体匀速冷却到300~350℃后将产品置于870~890℃的退火炉中,保温4~5小时出炉,通入氮气冷却后置于930~950℃的淬火炉中,保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理,温度到180~200℃时进行回火处理,淬火液在淬火时保持温度在160~180℃之间,在温度为250±10℃的回火炉中保温5~10小时后自然冷却,得到钛基块体非晶合金复合材料。所述Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒的制备方法为:1)将3重量份异氰酸丙基三乙氧基硅烷与1.5重量份的L-异亮氨酸加入到20重量份无水N,N二甲基甲酰胺溶液中,200rmp条件下磁力搅拌30min,将其加热至70℃,逐滴加入100重量份质量分数为9%的L-抗坏血酸溶液,在70℃反应3h后自然冷却到室温,再向上述溶液中加入5重量份醋酸钴、9重量份醋酸钯和2重量份六水合硝酸锌,放入油浴锅中,在150rmp条件下磁力搅拌并加热至90℃反应30min,得到含有Co2+和Pd2+的溶胶-凝胶前驱物,备用;2)室温下将步骤1)中前驱物置于锥形瓶中,加入100重量份去离子水,磁力搅拌下加入5重量份硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,采用质量浓度为35%的氨水调节pH值至7~9后,以1500r/min转速搅拌分散150min,再超声波分散30min,得到含有Co2+和Pd2+的Co-Pd凝胶;在高纯度氩气保护下,将制备的Co-Pd凝胶放入石英管式炉中进行焙烧,以4℃/min的速率升温至500℃焙烧4h,冷却干燥,研磨,即得到Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。有益效果:Ti、Cu金属材料与Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒复合熔炼产生协同作用,使合金体系中很多复杂的晶态金属间化合物的结晶受到抑制,合金的非晶形成能力极大提高。在非晶合金中加入小原子Ti,对于增加过冷液相区的粘度是非常有效的,它可以阻碍熔体的结晶过程,同时对块体非晶合金的微结构和性能有很大促进作用。金属原子之间由于相互吸引或者排斥作用所造成的局域原子的化学成分各不相同,原子按照一定结构进行排列,这种结构只能影响其近邻原子即两三个原子的空间范围,所以可大大增强材料的韧性和强度。具体实施方式实施例11)取620重量份Ti,460重量份Cu,放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至1700℃,充分搅拌后,得到Ti-Cu合金液,在1700℃下保温0.5~1小时后使温度降低至1050~1200℃,然后再加入25重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒后再升温至1450~1668℃搅拌保温2小时,经六氯乙烷(C2Cl6)精炼除气3min后扒渣,静置10~20min,等熔体温度降至1050~1150℃时浇注到560~800℃的金属模具中;2)将上述熔体匀速冷却到300~350℃后将产品置于870~890℃的退火炉中,保温4~5小时出炉,通入氮气冷却后置于930~950℃的淬火炉中,保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理,温度到180~200℃时进行回火处理,淬火液在淬火时保持温度在160~180℃之间,在温度为250±10℃的回火炉中保温5~10小时后自然冷却,得到钛基块体非晶合金复合材料。所述Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒的制备方法为:1)将3重量份异氰酸丙基三乙氧基硅烷与1.5重量份的L-异亮氨酸加入到20重量份无水N,N二甲基甲酰胺溶液中,200rmp条件下磁力搅拌30min,将其加热至70℃,逐滴加入100重量份质量分数为9%的L-抗坏血酸溶液,在70℃反应3h后自然冷却到室温,再向上述溶液中加入5重量份醋酸钴、9重量份醋酸钯和2重量份六水合硝酸锌,放入油浴锅中,在150rmp条件下磁力搅拌并加热至90℃反应30min,得到含有Co2+和Pd2+的溶胶-凝胶前驱物,备用;2)室温下将步骤1)中前驱物置于锥形瓶中,加入100重量份去离子水,磁力搅拌下加入5重量份硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,采用质量浓度为35%的氨水调节pH值至7~9后,以1500r/min转速搅拌分散150min,再超声波分散30min,得到含有Co2+和Pd2+的Co-Pd凝胶;在高纯度氩气保护下,将制备的Co-Pd凝胶放入石英管式炉中进行焙烧,以4℃/min的速率升温至500℃焙烧4h,冷却干燥,研磨,即得到Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例2与实施例1完全相同,不同在于:加入500重量份的Ti、620重量份Cu和5重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例3与实施例1完全相同,不同在于:加入530重量份的Ti、580重量份Cu和10重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例4与实施例1完全相同,不同在于:加入560重量份的Ti、540重量份Cu和15重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例5与实施例1完全相同,不同在于:加入590重量份的Ti、500重量份Cu和20重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例6与实施例1完全相同,不同在于:加入650重量份的Ti、420重量份Cu和30重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例7与实施例1完全相同,不同在于:加入680重量份的Ti、380重量份Cu和35重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实施例8与实施例1完全相同,不同在于:加入710重量份的Ti、340重量份Cu和40重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:1)取500~740重量份Ti,260~620重量份Cu,放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至1700℃,充分搅拌后,得到Ti‑Cu合金液,在1700℃下保温0.5~1小时后使温度降低至1050~1200℃,然后再加入5~45重量份Co‑Pd/ZnO合金纳米颗粒后再升温至1450~1668℃搅拌保温2小时,经六氯乙烷(C2Cl6)精炼除气3min后扒渣,静置10~20min,等熔体温度降至1050~1150℃时浇注到560~800℃的金属模具中;2)将上述熔体匀速冷却到300~350℃后将产品置于870~890℃的退火炉中,保温4~5小时出炉,通入氮气冷却后置于930~950℃的淬火炉中,保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理,温度到180~200℃时进行回火处理,淬火液在淬火时保持温度在160~180℃之间,在温度为250±10℃的回火炉中保温5~10小时后自然冷却,得到钛基块体非晶合金复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:1)取500~740重量份Ti,260~620重量份Cu,放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至1700℃,充分搅拌后,得到Ti-Cu合金液,在1700℃下保温0.5~1小时后使温度降低至1050~1200℃,然后再加入5~45重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒后再升温至1450~1668℃搅拌保温2小时,经六氯乙烷(C2Cl6)精炼除气3min后扒渣,静置10~20min,等熔体温度降至1050~1150℃时浇注到560~800℃的金属模具中;2)将上述熔体匀速冷却到300~350℃后将产品置于870~890℃的退火炉中,保温4~5小时出炉,通入氮气冷却后置于930~950℃的淬火炉中,保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理,温度到180~200℃时进行回火处理,淬火液在淬火时保持温度在160~180℃之间,在温度为250±10℃的回火炉中保温5~10小时后自然冷却,得到钛基块体非晶合金复合材料。2.根据权利要求1中一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法,其特征步骤1)中Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒的制备方法为:1)将3重量份异氰酸丙基三乙氧基硅烷与1.5重量份的L-异亮氨酸加入到20重量份...

【专利技术属性】
技术研发人员:王晋丽孙立于洋
申请(专利权)人:江苏师范大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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