[发明专利]一种高比强度轻质钛基非晶合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其制备技术，特别涉及一种高比强度轻质钛基非晶合金。

背景技术

钛合金通常指晶态合金，因具有比重小、强度高、比强度高、耐蚀性和耐磨性优异、资源丰富等特点，已经广泛应用于航空、航天、化工、舰船等领域。固体材料内部原子呈长程无序堆垛排列特征，即为非晶态结构时，Ti基非晶合金材料的上述性能更加优异。因此Ti基非晶合金是一类性能很好的高性能材料，并是极具发展潜力的结构材料。但相比Zr基、Pd基、Mg基、Fe基等非晶合金系，Ti基非晶合金的非晶形成能力较小，能够制备出的块体非晶合金材料的临界尺寸较小。目前尺寸较大的Ti-Zr-Cu-Pd-Sn块体非晶合金的临界尺寸仅为10mm，Ti-Zr-Be-Cr块体非晶合金的临界尺寸仅为8mm，多数Ti基非晶合金的临界尺寸均小于5mm。因此，调整合金成分制备出具有大临界尺寸、性能更加优异的块体非晶合金材料很有必要。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种高比强度轻质钛基非晶合金，其具有较大的临界尺寸、高的比强度和综合力学性能较好的特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种高比强度轻质钛基非晶合金，其特征在于：组成表达式为Ti_aZr_bBe_cAl_d，所述a、b、c和d为原子百分数，其中，40≤a≤46，19≤b≤26，22≤c≤34，0≤d≤12，且a、b、c、d之和为100。

进一步：所述组成表达式具体为Ti₄₁Zr₂₅Be_34-xAl_x，其中，0＜x≤10，Ti的原子百分数为41，Zr的原子百分数为25，Be的原子百分数为24～34，Al的原子百分数为0～10。

进一步：所述组成表达式具体为Ti_43-xZr_23+xBe₂₉Al₅，其中，0≤x≤3，Ti的原子百分数为40～46，Zr的原子百分数为20～26，Be的原子百分数为29，Al的原子百分数为5。

进一步：所述组成表达式具体为Ti₄₁Zr_25-xBe₃₄Al_x，其中，0＜x≤6，Ti的原子百分数为41；Zr的原子百分数为19～25；Be的原子百分数为34；Al的原子百分数为0～6。

进一步：按照所述组成表达式Ti_aZr_bBe_cAl_d的质量百分比进行合金配料的配置，在高真空和氩气保护条件下，将所述合金配料熔炼为母合金，将熔化后母合金吸铸或喷铸到铜模中，急冷得到钛基非晶合金。

进一步：所述钛基非晶合金的临界尺寸至少为2mm。

进一步：所述合金配料选用纯度为99.4％钛棒、纯度为99.7％锆棒。

与现有Ti基非晶合金材料相比较，本发明的有益效果包括：

1、选用轻质铝元素作为添加元素，使非晶形成能力和力学性能的得到改善，并使该非晶合金具有高比强度。

2、本发明制备出的非晶合金材料，具有较大的临界尺寸和综合力学性能较好的特点。

3、使用较低纯度的合金配料(如钛Ti和锆Zr)代替相应高纯合金配料，有利于降低生产成本。

4、采用现有主流工艺，简单易行，有利于广泛应用。

5、利用本发明获得的钛基非晶合金具有较低的比重和约4.0×10⁵Nm/kg以上的比强度。

附图说明

图1为Ti41Zr25Be32Al2非晶合金的X射线衍射图谱；

图2为Ti41Zr25Be30Al4非晶合金的X射线衍射图谱；

图3为Ti41Zr25Be29Al5非晶合金的X射线衍射图谱；

图4为Ti41Zr25Be28Al6非晶合金的X射线衍射图谱；

图5为Ti41Zr25Be26Al8非晶合金的X射线衍射图谱；

图6为Ti41Zr25Be24Al10非晶合金的X射线衍射图谱；

图7为Ti40Zr26Be29Al5非晶合金的X射线衍射图谱；

图8为Ti43Zr23Be29A15非晶合金的X射线衍射图谱；