[发明专利]一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性的方法。

(二)背景技术

非晶合金与晶体相比具有一些特殊的优良性能，如高强度、高韧性和高耐蚀性等。中空锥形非晶合金因其形状的特殊性可广泛用于军事领域，而且非晶合金材料在高速载荷的作用下具有非常高的动态断裂韧性，在侵彻金属时具有良好的自锐性，是穿甲弹芯的首选材料之一。还可以将其应用于直喷汽油机中空锥形燃油喷雾的喷头，汽车或者飞机发动机的发动机燃油喷头等等，尤其是一些常规晶体金属及其合金不能够满足硬度、耐磨性或者腐蚀性等要求的特殊场所。

目前，已有研究表明利用高压扭转技术可以提高晶体材料的性能。高压扭转是在变形体轴向方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用在其横截面上施加一扭矩，促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形的特殊塑性变形工艺。利用高压扭转技术已经对铝合金、钛合金、镍合金、纯铬、纯钛、纯铜和铜合金、Co-NiO复合材料进行了研究，结果表明，这些材料经过高压扭转后其性能得到了明显的改善。

(三)发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性性的方法；本发明的技术方案由以下几部分组成：1、设计制作制备中空锥形试样的铜模；2、制备中空锥形非晶合金试样；3、测试中空锥形非晶合金试样的性能；4、将制备的中空锥形非晶合金试样经过高压扭转变形；5、测试中空锥形非晶合金经过高压扭转变形后热力学和耐磨性性能。

一种提高中空锥形非晶合金热稳定性和耐磨性的方法，包括如下步骤：

1、制备中空锥形铜模

中空锥形铜模采用纯铜制作：铜模a为两个完全相同的实心半圆柱体，两端通过螺母将两个实心半圆柱体的竖切面无间隙啮合在一起；在每个实心半圆柱体的竖切面上，最上部开始是一个小直径的半圆柱体空腔(冒口)；冒口下面是半圆锥体空腔，用来形成锥形铸件；半圆锥体空腔下面是两个直径不同的半圆柱空腔(起定位作用)；两个半圆柱体铜模对应组成完整的圆锥体和圆柱体空腔；完整空腔与实心小铜模b啮合，铜模b上部分为实心圆锥体，下部为两个直径不同的实心圆柱体；铜模b的圆锥体部分是铜模a圆锥体空腔部分的等比例缩小，而圆柱体部分与铜模a的空腔直径相同；铜模a和铜模b圆锥体部分啮合形成的薄壁圆锥体空腔即为所需的中空锥形铸件。

2、制备中空锥形非晶合金试样

第一步，制备母合金：按照设计的合金的原子百分比，将合金中的组元转换成重量百分比wt.％，称取各组元量值，将按成分配比称量的金属材料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼：首先抽真空至10^-3Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔化后，再持续进行电磁搅拌熔炼10秒钟，冷却，然后将其翻转，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的母合金锭；第二步，吸铸中空锥形合金试样：将上述熔炼好的母合金锭置于石英管内，石英管一端与氩气相通，另一端有直径2mm的小孔；管内通氩气保护，利用感应线圈加热的方式熔炼母合金，熔化后，开启吹铸装置，同时断电，让合金熔体通过石英管的小孔吹入制备的铜模中，冷却至室温，拆开铜模即可得到薄壁中空锥形合金。

3、测试中空锥形非晶合金试样的性能

中空锥形非晶合金的X射线衍射是在D/max-rB型X射线衍射仪上完成的。其扫描范围可达5°～100°，扫描速度为4deg/min，步长为0.02°，Cu靶辐射，工作电压和电流分别为40kV和120mA。中空锥形非晶合金的X射线衍射曲线通常表现为有一个漫散射峰，而晶体材料则表现为衍射曲线上强度各不相同的明锐的衍射峰。利用XRD曲线确定试样是否为非晶态合金。

同时，利用差示扫描量热仪测量试样的DSC，再利用滑动摩擦系统测试试样的耐磨性性能。

4、将制备的中空锥形非晶合金试样经过高压扭转变形

利用高压扭转设备将制备的中空锥形非晶合金试样进行高压扭转变形，压力20吨，扭转一周，扭转速度为1转/分钟。

5、测试经过高压扭转变形后中空锥形非晶合金试样的性能

利用差示扫描量热仪测量高压扭转变形后试样的DSC和滑动摩擦系统测试耐磨性性能。测量结果表明经过高压扭转变形后中空锥形非晶合金的特征温度提高，过冷液相区间增大，耐磨性提高。

本发明的创新点为：

制备了中空锥形非晶合金，并利用高压扭转技术对中空锥形非晶合金进行塑形变形，提高了中空锥形非晶合金的热稳定性以及耐磨性。