一種鈦基非晶材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鈦基非晶材料的制備方法，該鈦基非晶材料基體由以下原子配比的合金制成：Ti1?a?b?cAlaBbZrc，其中a=0.07?0.15，b=0.02?0.05，c=0.15?0.21。該方法制備的鈦基非晶材料具有非晶合金的特點，非晶合金形成能力較大，還具有突出的斷裂強度與塑性變形能力。
【專利說明】
一種鈦基非晶材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及非晶態合金材料制造領域，具體涉及一種鈦基非晶材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]非晶合金具有比相同或相似成分的晶態合金更加優異的力學性能、物理化學性能，超高的耐磨耐蝕性以及良好的加工性能等特點。這些優異的性能使得非晶合金在功能材料領域和結構材料領域均展現出巨大的應用價值，同時使得非晶合金作為一種新型材料逐漸成為人們關注的熱點。
[0003]塊體非晶合金呈近程有序遠程無序的隨機密堆結構，沒有位錯、晶界等缺陷，使其具有高強度、高硬度、高彈性性能等優異力學性能，同時還具有優異的耐磨性，耐腐蝕性能，磁學性能等功能性能，因此塊體非晶合金近年一直是材料研究領域的熱點。其中，Ti基非晶合金因其質量輕、強度高、耐蝕性能、一定的室溫壓縮塑性等優點，從而有著廣泛的應用前景和使用價值。同時，簡單的非晶合金組成和制備工藝也非常有利于實際的工業化應用。
[0004]但是通常合金需要在極高的冷卻速度下才能形成非晶合金，其玻璃形成能力限制了非晶樣品的形狀和最大尺寸，所以非晶制品多為薄膜、條帶、細絲或粉末，再加上塊體非晶態合金的室溫塑性較差，無法通過塑性加工的方法制備成形出結構材料，這些都大大的限制了非晶合金在實際工程中的應用。而相對而言，利用表面涂層技術在基體表面制備非晶涂層，不僅能降低成本，同時還能基體在不失去其特性的情況下大幅度的提高產品的耐腐蝕性和耐磨性。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種鈦基非晶材料的制備方法，該方法制備的鈦基非晶材料具有非晶合金的特點，非晶合金形成能力較大，還具有突出的斷裂強度與塑性變形能力。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供了一種鈦基非晶材料的制備方法，該鈦基非晶材料基體由以下原子配比的合金制成:Ti1-a-b-cAlaBbZrc，其中a=0.07-0.15，b=0.02-0.05，C=
0.15-0.21；
該方法包括如下步驟:
(1)按照上述分子式稱取各元素進行配料，選取純度為99.99%的鈦塊、純度為99.97 %的鋯塊、純度為99.99 %的B塊和純度為99.99 %的Al塊進行合金配料配置，打磨去除金屬原料的表面氧化皮，按照摩爾比進行精確稱量配比并使用乙醇超聲波清洗原料；
(2)將步驟(I)配制的原料裝入熔煉爐中，在真空度優于10—3Pa條件下通入高純氬氣，在氬氣保護條件下，熔煉溫度為1350-1600°C，對爐體抽真空至真空度SlX 10—2Pa,充入純氬氣直到爐內壓力達到0.4-0.5個大氣壓，充分合金需熔煉3-5遍，保證熔煉均勻，冷卻后得到成分均勻的母合金鑄錠；
(3)將合金錠破卒后裝適量于石英管中，采用單輥急冷甩帶技術，在Ar氣氛中以40m/s的速度甩帶，制得非晶合金條帶;將非晶合金條帶置于石英管中，抽真空至低于3 X 10—3Pa，然后置于熱處理爐中，780°C保溫3分鐘后迅速將石英管放入水中淬火至室溫，得到鈦基非晶材料基體帶材；
(4)按如下重量百分比準備熔覆的的金屬粉末:15%彡Zr彡20%、2%彡Ni彡8%、2%彡Si<5%、l%<B<5%、2%<C<6%，鈦粉為余量，球磨混合，金屬粉末的粒度范圍為60-150微米;
(5)使用連續光纖激光器，設定熔覆工藝，采用同步送粉方式對步驟(4)中的金屬粉末進行多道熔覆，冷卻至室溫，在鈦基非晶材料基體帶材制備一層合金涂層；
(6)使用連續光纖激光器，設定重熔工藝，對步驟(5)中制得的合金涂層進行激光表面重熔，冷卻至室溫，獲得具有非晶涂層的鈦基非晶材料。
[0007]優選的，步驟(5)中的熔覆工藝是指:依次設置激光功率500-1000W，光斑直徑1-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度300-2000mm/min，同步送粉量為5_15g/min，保護氬氣流量10_20L/min。
[0008]優選的，步驟(6)中的重熔工藝是指:依次設置激光功率500-2000W，光斑l-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度600-3000mm/min，保護氬氣流量10-20L/min。
[0009]本發明制備的具的鈦基非晶材料具有較高的非晶形成能力，非晶涂層制備工藝為涂層提供較大溫度梯度，相比非晶和細晶混合存在的涂層擁有更優良的機械性能。
【具體實施方式】
[0010]實施例一
欽基非晶材料基體由以下原子配比的合金制成:T1.76Al0.()7B().()2Zr().15。
[0011]按照上述分子式稱取各元素進行配料，選取純度為99.99%的鈦塊、純度為99.97%的鋯塊、純度為99.99 %的B塊和純度為99.99 %的Al塊進行合金配料配置，打磨去除金屬原料的表面氧化皮，按照摩爾比進行精確稱量配比并使用乙醇超聲波清洗原料。
[0012]將配制的原料裝入熔煉爐中，在真空度優于10—3Pa條件下通入高純氬氣，在氬氣保護條件下，熔煉溫度為1350°C，對爐體抽真空至真空度SlX 10—2Pa,充入純氬氣直到爐內壓力達到0.4個大氣壓，充分合金需熔煉3遍，保證熔煉均勻，冷卻后得到成分均勻的母合金鑄錠。
[0013]將合金錠破卒后裝適量于石英管中，采用單輥急冷甩帶技術，在Ar氣氛中以40m/s的速度甩帶，制得非晶合金條帶;將非晶合金條帶置于石英管中，抽真空至低于3 X 10—3Pa，然后置于熱處理爐中，780°C保溫3分鐘后迅速將石英管放入水中淬火至室溫，得到鈦基非晶材料基體帶材。
[0014]按如下重量百分比準備熔覆的的金屬粉末:12^15%、祖=2%、31=2%、8=1%〇=2 %，鈦粉為余量，球磨混合，金屬粉末的粒度范圍為60-150微米。
[0015]使用連續光纖激光器，設定熔覆工藝，采用同步送粉方式對的金屬粉末進行多道熔覆，冷卻至室溫，在鈦基非晶材料基體帶材制備一層合金涂層。
[0016]使用連續光纖激光器，設定重熔工藝，對制得的合金涂層進行激光表面重熔，冷卻至室溫，獲得具有非晶涂層的鈦基非晶材料。
[0017]熔覆工藝是指:依次設置激光功率500W，光斑直徑l-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度300mm/min，同步送粉量為5g/min，保護氬氣流量10L/min。
[0018]重熔工藝是指:依次設置激光功率500W，光斑l-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度600mm/min，保護氬氣流量10L/min。
[0019]實施例二
欽基非晶材料基體由以下原子配比的合金制成:T1.59Al0.15B().()5Zr().2i。
[0020]按照上述分子式稱取各元素進行配料，選取純度為99.99%的鈦塊、純度為99.97%的鋯塊、純度為99.99 %的B塊和純度為99.99 %的Al塊進行合金配料配置，打磨去除金屬原料的表面氧化皮，按照摩爾比進行精確稱量配比并使用乙醇超聲波清洗原料。
[0021]將配制的原料裝入熔煉爐中，在真空度優于10—3Pa條件下通入高純氬氣，在氬氣保護條件下，熔煉溫度為1600°C，對爐體抽真空至真空度SlX 10—2Pa,充入純氬氣直到爐內壓力達到0.5個大氣壓，充分合金需熔煉5遍，保證熔煉均勻，冷卻后得到成分均勻的母合金鑄錠。
[0022]將合金錠破卒后裝適量于石英管中，采用單輥急冷甩帶技術，在Ar氣氛中以40m/s的速度甩帶，制得非晶合金條帶;將非晶合金條帶置于石英管中，抽真空至低于3 X 10—3Pa，然后置于熱處理爐中，780°C保溫3分鐘后迅速將石英管放入水中淬火至室溫，得到鈦基非晶材料基體帶材。
[0023]按如下重量百分比準備熔覆的金屬粉末:Zr=20%、Ni=8%、Si=5%、B=5%、C=6 %，鈦粉為余量，球磨混合，金屬粉末的粒度范圍為60-150微米。
[0024]使用連續光纖激光器，設定熔覆工藝，采用同步送粉方式對金屬粉末進行多道熔覆，冷卻至室溫，在鈦基非晶材料基體帶材制備一層合金涂層。
[0025]使用連續光纖激光器，設定重熔工藝，對制得的合金涂層進行激光表面重熔，冷卻至室溫，獲得具有非晶涂層的鈦基非晶材料。
[0026]熔覆工藝是指:依次設置激光功率100W，光斑直徑1-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度2000mm/min，同步送粉量為15g/min，保護氬氣流量20L/min。
[0027]重熔工藝是指:依次設置激光功率2000W，光斑l-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度3000mm/min，保護氬氣流量 20L/min。
[0028]比較例
按照Ti77Bl5Si5CU3的分子式，按照常規方式，制備Ti77Bl5Si5CU3非晶合金材料。
[0029]對相同形狀和尺寸的實施例1-2及比較例的軟磁合金進行屈服強度和壓縮塑性的測試，測試結果顯示:實施例1-2的屈服強度相對比較例提升25%以上，壓縮塑性相對比較例提尚22%以上。
【主權項】
1.一種鈦基非晶材料的制備方法，該鈦基非晶材料基體由以下原子配比的合金制成:Ti1-a-b-cAlaBbZr。，其中 a=0.07-0.15，b=0.02-0.05，c=0.15-0.21 ； 該方法包括如下步驟: (1)按照上述分子式稱取各元素進行配料，選取純度為99.99%的鈦塊、純度為99.97 %的鋯塊、純度為99.99 %的B塊和純度為99.99 %的Al塊進行合金配料配置，打磨去除金屬原料的表面氧化皮，按照摩爾比進行精確稱量配比并使用乙醇超聲波清洗原料； (2)將步驟(I)配制的原料裝入熔煉爐中，在真空度優于10—3Pa條件下通入高純氬氣，在氬氣保護條件下，熔煉溫度為1350-1600°C，對爐體抽真空至真空度X 10—2Pa,充入純氬氣直到爐內壓力達到0.4-0.5個大氣壓，充分合金需熔煉3-5遍，保證熔煉均勻，冷卻后得到成分均勻的母合金鑄錠； (3)將合金錠破卒后裝適量于石英管中，采用單輥急冷甩帶技術，在Ar氣氛中以40m/s的速度甩帶，制得非晶合金條帶;將非晶合金條帶置于石英管中，抽真空至低于3 X 10—3Pa，然后置于熱處理爐中，780°C保溫3分鐘后迅速將石英管放入水中淬火至室溫，得到鈦基非晶材料基體帶材； (4)按如下重量百分比準備熔覆的的金屬粉末:15%彡Zr彡20%、2%彡Ni彡8%、2%彡Si<5%、l%<B<5%、2%<C<6%，鈦粉為余量，球磨混合，金屬粉末的粒度范圍為60-150微米; (5)使用連續光纖激光器，設定熔覆工藝，采用同步送粉方式對步驟(4)中的金屬粉末進行多道熔覆，冷卻至室溫，在鈦基非晶材料基體帶材制備一層合金涂層； (6)使用連續光纖激光器，設定重熔工藝，對步驟(5)中制得的合金涂層進行激光表面重熔，冷卻至室溫，獲得具有非晶涂層的鈦基非晶材料。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中的熔覆工藝是指:依次設置激光功率500-1000W，光斑直徑l-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度300-2000mm/min，同步送粉量為5-15g/min，保護氬氣流量 10_20L/min。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(6)中的重熔工藝是指:依次設置激光功率500-2000W，光斑l-2mm，搭接率0.3-0.5，掃描速度600-3000mm/min，保護氬氣流量10-20L/mino
【文檔編號】C22C45/10GK105886964SQ201610228502
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】不公告發明人
【申請人】蘇州思創源博電子科技有限公司