[发明专利]一种含P元素Ti基非晶合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧含P高Ti含量Ti基非晶合金，该合金具体化学成分为：Ti_aNi_bCu_cP_d,其中58at.％≤a≤61at.％，14at.％≤b≤17at.％，21at.％≤c≤25at.％，0at.％≤d≤4at.％，且a+b+c+d＝100。本发明还公开了前述Ti基非晶合金的制备方法以及利用该非晶合金制备薄带和棒材的方法，本发明选择P元素作为合金组元，提高Ti‑Ni‑Cu合金的非晶形成能力，其中一些合金能够制备出具有高形成能力的块体非晶合金。本发明的Ti基非晶合金同时具有高非晶形成能力、高强韧的特性。

技术领域

本发明涉及一种含P元素Ti基非晶合金及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

非晶合金是指原子排列呈长程无序短程有序结构特征的金属合金。因为非晶合金的结构与氧化物玻璃相同，又称其为金属玻璃。与传统晶态合金原子排列的周期对称性和各向异性不同，非晶合金原子排列为非周期对称和各向同性的特征。非晶合金中也不存在晶态合金中的位错和晶界。特殊的结构使得非晶合金具有与晶态合金不同的力学、物理和化学性能。

金属熔体在凝固过程中有自发形核和结晶趋势，金属熔体中的原子由无序状态向更加稳定的晶态结构转变，系统的能态也会降低，这一转变过程速度极快。为了形成非晶态结构，必须抑制金属熔体向晶态结构转变。快速凝固技术可以实现10³-10⁶K/s的冷却速率，可以使合金在凝固过程中保持非晶态结构，制备出非晶合金。传统的非晶合金由于形成能力较低，常以粉末、薄带的形式出现。开发高非晶形成能力的合金具有重要的基础理论研究价值和应用价值，也是材料研究者追求的目标。

为了开发高非晶形成能力的合金体系，国内外非晶材料学者提出了各种方法。如日本的井上明久提出“井上三原则”法、我国的科学家张涛提出“相似相异元素共存”法等。通过这些方法，在许多合金体系中都开发出了具有高非晶形成能力的块体非晶合金，如以La-Ce-Al-Co-Cu、Zr-Al-Ni-Cu、Mg-Cu-Ag-Dy、Co-Ta-B、Ti-Zr-Cu-Ni-Be为代表的La基、Zr基、Mg基、Co基、Ti基等合金体系。由于非晶合金优异的力学性能和特殊的物理化学性能，伴随着高非晶形成能力合金体系的相继成功开发，非晶合金应用潜力大大提升。具有良好软磁性能的铁基非晶合金可以降低电力变压器的损耗；利用非晶合金过冷液相区间的超塑性变形可以实现复杂结构的精密成型；利用非晶合金的优异力学性能作为航天器件的结构功能材料。非晶合金在航空航天、精密仪器、节能环保、生物医疗、军事武器等领域具有广泛的应用前景。

Ti基非晶合金具有高强度、低密度、高比强度和高耐蚀性能受到广泛的关注和研究。特别是作为钛合金的钎焊材料，Ti基非晶合金具有突出的制备和性能优势。但是Ti基非晶合金仍然具有以下的不足：

(1)Ti基非晶合金的形成能力仍然较低；

(2)具有高非晶合金形成能力的Ti基非晶合金中，Ti的原子百分含量偏低，合金密度仍然较大；

(3)Ti基非晶合金的塑性较低。

基于以上几个方面的考虑，本发明根据相关非晶形成理论，对Ti-Ni-Cu-P体系中合金的非晶形成能力进行了详细的研究，确立了非晶形成范围，并获得了最优的非晶形成成分。

发明内容

本发明技术解决问题：针对目前Ti基非晶合金Ti含量偏低、非晶形成能力低以及塑形低等问题，提供一种高Ti含量(达60at.％)、高非晶形成能力(为1mm)和高塑形(弹性变形量达6％)的Ti-Ni-Cu-P非晶合金，同时提供了该非晶合金的制备方法，以及利用该非晶合金制备薄带以及棒材的方法。