[发明专利]一种高强韧耐蚀钛锆基合金及其制备方法

说明书

本发明为一种高强韧耐蚀钛锆基合金及其制备方法。该合金为钛‑锆‑铬合金，三种元素所占原子比分别为：Zr 46.5～50％，Ti 46.5～50％，Cr 1.5～5％，余量为不可避免的杂质。制备方法中，通过非自耗真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼5～7次，得到铸锭合金；其中，熔炼电流为240～300A/S。本发明的合金具有良好的综合性能且成本低廉。

技术领域

本发明涉及钛合金与锆合金领域，特别涉及一种高强度高韧性和高耐蚀性的钛锆基合金及其制备方法。

背景技术

钛及其合金以其高比强度、低密度、优良的耐腐蚀性和良好的生物相容性在化工、航天、海洋和生物医学等领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。

但是传统钛合金的广泛应用受到其低强度(880-900MPa)和硬度(HV300-320)的限制。为了提高钛的力学性能，采用锆、铝、钒、硼、钼、铌、钽等多种元素对钛合金进行合金化，研制出了一些二元和多元合金。

其中，锆和钛在元素周期表中属于同一IVB族，具有相同的电子结构、晶格类型和类似的化学性质。经过合金化后，这两种元素可形成高温的体心立方结构的β相和低温的密排六方结构的α相的无限固溶体。以Ti-Zr二元合金为医用材料的研究表明，Ti-Zr二元合金有着良好的综合力学性能。

由于钛锆基合金性能表现优异，为进一步扩展其应用领域人们广泛研究了其加入不同合金元素后的力学性能，如张湘义等人研究的一种钛锆基合金的制备方法中，制备了含41～62wt.％的钛、31～51wt.％的锆、5wt.％的铝和3wt.％的钒的钛锆基四元合金，与传统的Ti6Al4V合金相比，屈服强度和抗拉强度均提高了400MPa，又如李岩等人研究的一种钛锆基三元形状记忆合金，该合金由30～50at.％的锆，0.2at.％～10at的第三组元和余量的钛组成，其中第三组元包括锡、铝、钼、银、镓中的一种，在保持较高屈服强度的前提下，合金展现出优异的形状记忆功能，但这些研究大都集中于合金的力学性能，对合金的腐蚀性能却没有展开研究。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种高强韧耐蚀钛锆基合金及其制备方法。该合金以原子百分比为1：1的钛锆二元合金作为基体，加入β相稳定元素Cr，以制得含有高耐蚀性的β相合金。本发明的合金具有良好的综合性能且成本低廉。

本发明的技术方案为：

一种高强韧耐蚀钛锆基合金，该合金为钛-锆-铬合金，三种元素所占原子比分别为：Zr46.5～50％，Ti 46.5～50％，Cr 1.5～5％，余量为不可避免的杂质。

所述的高强韧耐蚀钛锆基合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别将纯度为工业级海绵锆、纯钛和纯铬清洗后，按照以上的比例配料；

(2)将所配得的料置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，抽高真空至3.0～3.5×10^-3Pa；

(3)引弧熔炼前，向电弧炉腔体内充入0.03MPa-0.05MPa的高纯氩气后进行熔炼，熔炼5～7次，得到铸锭合金；其中，熔炼电流为240～300A/S。

所述的纯锆为工业级海绵锆，纯钛的纯度为99％，纯铬的纯度为99.95％。

本发明的实质性特点为：

本发明在不影响钛锆二元合金力学性能的前提下少量降低锆的含量，并加入Cr元素从而降低合金点蚀发生，以制得具有更好强韧性和耐腐蚀性的三元合金。

本发明的有益效果为：

1、制得的钛锆铬系列合金强度高，塑性好，且具有优异的耐腐蚀性能；