一种制造技术

一种

【技术实现步骤摘要】
一种Si元素改性高强度钛基非晶复合材料的方法


[0001]本专利技术属于高强度钛合金制备
，具体涉及一种
Si
元素改性高强度钛基非晶复合材料的制备方法
。
技术背景
[0002]与晶态合金相比，钛基非晶合金具有独特的长程无序
、
短程有序原子排列特征，且结构内部无晶粒
、
晶界
、
位错等缺陷的存在，所以表现出了更为优异的力学
、
物理和化学等性能，如高强度
(
甚至可达
5GPa)、
高硬度
、
高比强度
、
超弹性
(2
％
)
以及优异的耐磨耐腐蚀性能，因此在航空
、
航天等领域的结构件方面具有潜在的应用前景
。
[0003]但由于钛基非晶合金较小的临界尺寸以及室温脆性和应变软化等特点，所以极大地限制了其在工程领域的应用
。
为了解决该问题，研究学者通过引进晶体相进行外生复合或原位自生法获得的非晶复合材料可以有效地抑制剪切带的单一扩展，促使多重剪切带的萌生，从而提高其塑性和韧性
。
其中，内生枝晶增韧的非晶复合材料由于其制备合成工艺简单
、
成本较低以及稳定性高的特性，一直受到国内外科研人员关注
。
[0004]由于强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标，非晶复合材料所面临的挑战是通过优化玻璃基体和晶体相以及界面析出相等方面的强度和塑性来获得较优的综合性能
。
目前已开发出了一些内生枝晶增韧钛基非晶复合材料体系，如
Ti
‑
Zr
‑
V
‑
Cu
‑
Be、Ti
‑
Zr
‑
Ni
‑
Be
‑
Ta
及
Ti
‑
Cu
‑
Ni
‑
Sn
‑
Nb
等，其都具有较高的屈服强度，但塑性均不能呈现明显的突破
。
考虑非晶复合材料的可加工性对拓宽该类合金的应用领域及发展需求起着重要作用，开发一种高强度且兼具高塑性钛基非晶复合材料成为亟需解决的关键问题
。

技术实现思路

[0005]为了克服以上现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种
Si
元素改性高强度钛基非晶复合材料的方法
。
该方法通过引入适量硅元素并控制其工艺参数来获得均匀的组织以及较高的强度和较好的塑性，从而解决现有技术中非晶复合材料室温下塑性不理想的问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种
Si
元素改性高强度钛基非晶复合材料的方法，包括以下步骤；
[0008]步骤
1、
原料选择：根据目标产物
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
(at.
％
)
非晶复合材料成分，按照原子百分比选择
Ti
颗粒
、Zr
颗粒
、Nb
板
、Cu
棒
、Be
颗粒及
Si
颗粒；
[0009]步骤
2、
原料的表面处理：分别打磨
Ti
颗粒
、Nb
板
、Be
颗粒以及
Cu
棒后，再次用稀盐酸清洗
Cu
棒，随后将所有原料进行清理备用；
[0010]步骤
3、
配料：将所述步骤2处理后的
Ti
颗粒
、Nb
板
、Zr
颗粒以及
Si
颗粒一起放入真空电弧熔炼炉中；
[0011]步骤
4、
初始合金锭的熔炼：将真空自耗电弧熔炼炉抽真空，通入高纯氩气对合金锭进行保护；
[0012]首次熔炼时，缓慢将熔炼电流增加，逐渐将下面的颗粒包裹住；然后将合金锭翻转，增大电流，来回反复熔炼三次；
[0013]步骤
5、
目标合金锭的熔炼：将步骤4中得到的初始合金锭以及
Cu
棒和
Be
颗粒放入坩埚中，缓慢将调大熔炼电流；反复熔炼三次，得到
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
合金锭；
[0014]步骤
6、
喷铸：将步骤5得到的
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
合金锭切割，打磨
、
清洗后获得的合金材料放入底部有小孔的石英玻璃管中；
[0015]将喷铸炉腔抽真空，然后充入高纯氩气，通过将喷铸炉的感应线圈通电完成对石英玻璃管内合金材料的加热；获得
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
非晶复合材料棒状
。
[0016]所述步骤1中，选取的均为高纯颗粒及块状材料
(≥99
％
)
作为原料
。
[0017]所述步骤2中，所述所有原料放在酒精中超声清洗
20min。
防止其他杂质元素的引入
。
[0018]所述步骤3中，将各个元素的原子百分比转化成质量百分比，按照最终合金铸锭的质量计算出每个元素的质量
。
[0019]所述步骤3中，其中较小的
Si
颗粒放在坩埚最下端，
Ti
颗粒以及
Zr
颗粒放在中间，高熔点的
Nb
板放在最上面
。
以便使高熔点的材料优先熔化，将低熔点颗粒包裹住，防止熔体飞溅，造成成分偏离理论值
。
[0020]所述步骤4中，将真空自耗电弧熔炼炉抽真空到2×
10
‑3Pa
；
[0021]缓慢将熔炼电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Si
元素改性高强度钛基非晶复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤
1、
原料选择：根据目标产物
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
(at.
％
)
非晶复合材料成分，按照原子百分比选择
Ti
颗粒
、Zr
颗粒
、Nb
板
、Cu
棒
、Be
颗粒及
Si
颗粒；步骤
2、
原料的表面处理：分别打磨
Ti
颗粒
、Nb
板
、Be
颗粒以及
Cu
棒后，再次用稀盐酸清洗
Cu
棒，随后将所用的块状原料清理备用；步骤
3、
配料：将所述步骤2处理后的
Ti
颗粒
、Nb
板
、Zr
颗粒以及
Si
颗粒一起放入真空电弧熔炼炉中；步骤
4、
初始合金锭的熔炼：将真空自耗电弧熔炼炉抽真空，通入高纯氩气保护对合金锭进行保护；首次熔炼时，缓慢将熔炼电流增加，逐渐将下面的颗粒包裹住；然后将合金锭翻转，增大电流，来回反复熔炼三次；步骤
5、
目标合金锭的熔炼：将步骤4中得到的初始合金锭以及
Cu
棒和
Be
颗粒放入坩埚中，缓慢将熔炼电流增加；反复熔炼三次，得到
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
合金锭；步骤
6、
喷铸：将步骤5得到的
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
合金锭切割，打磨
、
清洗后获得的合金材料放入底部有小孔的石英玻璃管中；将喷铸炉腔抽真空，然后充入高纯氩气，通过将喷铸炉的感应线圈通电完成对石英玻璃管内合金材料的加热；获得
(Ti
48
Zr
20
Nb
12
Cu5Be
15
)
99.9
～
99.7
Si
0.1
～
0.3
非晶复合材料棒状
。2.
根据权利要求1所述的一种
Si
元素改性高强度钛基非晶复合材料的方法，其特征在于，所述步骤1中，选取的均为高纯颗粒及块状材料
(≥99
％
)
作为原料
。3.
根据权利要求1所述的一种
Si
元素改性高强度钛基非晶复合材料的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述所有原料放在酒精中超声清理
20min。4.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琳琳，王冬华，郑博，郝鑫，
申请(专利权)人：渭南师范学院，
类型：发明
国别省市：