[发明专利]一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法，该方法以Ti、Cu为原料，在此基础上，通过添加Co‑Pd/ZnO合金纳米颗粒，进一步提高合金体系的非晶形成能力，最终得到高强度、高韧性的钛基块体非晶合金复合材料。本发明制备的非晶合金复合材料与传统的合金相比，强度高、冲击韧性高，改善了非晶合金强度低、脆性高的问题。

技术领域

本发明涉及一种合金的制备方法，具体涉及一种具有高强度高韧性非晶合金材料的制备方法。

背景技术

非晶态合金是指固态合金中原子的三维空间呈拓扑无序排列，原子排列呈现长程无序、短程有序结构，具有高强度、硬度，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金。非晶态合金的微观原子结构与传统的晶态合金不同，是一类原子排列具有长程无序、短程有序结构的金属合金。

与晶态合金相比，这种缺乏原子排列周期对称性和各向异性的无序结构给非晶态合金带来了一系列独特的力学、物理及化学性能。非晶合金以其独特的结构，表现出很多优异的力学、物理和化学性能，因而在航空航天、精密机械、信息等工业领域都有重要的应用价值，非晶合金具有优异的综合性能，是材料研究领域的热点，不仅在航空、宇宙行业中有着重要的应用，而且己经在医疗器械、化工、石油、轻工、冶金等工业部门中得到广泛应用，但它的缺点是很脆，非晶的脆性一直以来是非晶研究领域很难攻克的一道关卡。本发明根据以上背景中所陈述出的问题，以钛金属为原料，设计出一种新型钛基块体非晶合金复合材料的制备方法。

发明内容

本发明公开了一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法，主要解决了目前市场上非晶合金强度低、脆性高的问题。

一种钛基块体非晶合金复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）取500~740重量份Ti，260~620重量份Cu，放入熔炼炉中，将熔炼炉升温至1700℃，充分搅拌后，得到Ti-Cu合金液，在1700℃下保温0.5~1小时后使温度降低至1050~1200℃，然后再加入5~45重量份Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒后再升温至1450~1668℃搅拌保温2小时，经六氯乙烷（C₂Cl₆）精炼除气3min后扒渣，静置10~20min，等熔体温度降至1050~1150℃时浇注到560~800℃的金属模具中；

2）将上述熔体匀速冷却到300~350℃后将产品置于870~890℃的退火炉中，保温4~5小时出炉，通入氮气冷却后置于930~950℃的淬火炉中，保温2小时后进行油性淬火液恒温淬火处理，温度到180~200℃时进行回火处理，淬火液在淬火时保持温度在160~180℃之间，在温度为250±10℃的回火炉中保温5~10小时后自然冷却，得到钛基块体非晶合金复合材料。

所述Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒的制备方法为：

1）将3重量份异氰酸丙基三乙氧基硅烷与1.5重量份的L-异亮氨酸加入到20重量份无水N, N二甲基甲酰胺溶液中，200rmp条件下磁力搅拌30min，将其加热至70℃，逐滴加入100重量份质量分数为9%的L-抗坏血酸溶液，在70℃反应3h后自然冷却到室温，再向上述溶液中加入5重量份醋酸钴、9重量份醋酸钯和2重量份六水合硝酸锌，放入油浴锅中，在150rmp条件下磁力搅拌并加热至90℃反应30min，得到含有Co²⁺和Pd²⁺的溶胶-凝胶前驱物，备用；

2）室温下将步骤1）中前驱物置于锥形瓶中，加入100重量份去离子水，磁力搅拌下加入5重量份硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，采用质量浓度为35%的氨水调节pH值至7~9后，以1500r/min转速搅拌分散150min，再超声波分散30 min，得到含有Co²⁺和Pd²⁺的Co-Pd凝胶；在高纯度氩气保护下，将制备的Co-Pd凝胶放入石英管式炉中进行焙烧，以4℃/min的速率升温至500℃焙烧4h，冷却干燥，研磨，即得到Co-Pd/ZnO合金纳米颗粒。