[发明专利]一种具有超大非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法

说明书

本发明属于非晶态合金材料技术领域，涉及一种具有超大非晶非晶形成能力的Ti‑Zr‑Be‑Ni‑Cu(Fe)非晶合金及其制备方法。所述Ti基非晶合金的组成如以下通式所示：(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100‑xCu_x或(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100‑xFe_x，其中a，b，c，d，x均为原子百分比，取值范围是：41≤a≤55，15≤b≤25，20≤c≤26，8≤d≤10，0x≤12，且所有元素原子比例之和为100。所述Ti基非晶合金制备方法如下：合金成分按照原子百分比换算成质量百分比，并采用高纯原料称重；将电弧熔炼腔室抽至高真空并在氩气保护下利用电弧熔炼制备合金锭；将所得合金锭熔化后吸铸、喷铸或浇铸制备所需形状和尺寸的非晶合金。本发明制备的Ti基非晶合金的最大临界尺寸可达52mm，有望应用于航天航空等领域。

技术领域

本发明属于非晶态合金材料技术领域，涉及一种具有超大非晶形成能力的Ti-Zr-Be-Ni-Cu(Fe)非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶态合金，又称金属玻璃，其微观原子排列结构具有长程无序、短程有序的特征。与传统晶态合金相比，非晶态合金不具有原子排列的周期对称性，这种特殊的原子排列结构使其具有一系列独特的力学、物理以及化学性能。例如，Co基非晶合金的最大压缩强度可达6GPa，是目前已知金属材料中强度最高的合金；Fe基非晶合金因其优异的软磁性能已经实现大规模的商业化应用。其中，Ti基非晶合金是一种以钛为主要组元，通过铜模吸铸、铜模浇铸等快冷方法制备得到的非晶合金。与目前已得到大量研究的Zr基、Fe基、Pd基非晶合金相比，Ti基非晶合金具有高比强度、低弹性模量、强耐腐蚀性以及良好的生物相容性等诸多优点，在航天航空、3C电子、生物医用领域具有很大的应用前景，例如用于制造柔性变速部件、弹性蓄能/减震系统等。

非晶合金实现工业化应用的关键在于是否有充足的非晶形成能力冗余，使其在工业制备条件下满足产品设计所要求的尺寸。目前Ti基非晶合金的形成能力非常有限，三元合金体系中，Ti-Zr-Be的最大非晶临界尺寸仅6mm；四元体系中，Ti-Zr-Be-Ni和Ti-Zr-Be-Cu的最大非晶临界尺寸为20mm。研究发现，在五元合金体系中，Ti-Zr-Be-Fe-Cu的最大非晶临界尺寸达32mm以上。可见，在四元钛基非晶合金的基础上，进一步合金化，可望进一步开发出大非晶形成能力的钛基非晶合金。由于钛基非晶合金具有多种优异性能，因此，开发具有强非晶形成能力的Ti基非晶合金体系具有重要实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有超大非晶形成能力的Ti-Zr-Be-Ni-Cu(Fe)合金及其制备方法，用于解决现有技术中Ti基非晶合金形成能力不足的问题，开发非晶形成能力更大的钛基非晶合金系。通过合金系统热力学计算、平均原子半径差、电负性、混合焓和混合熵等分析，进行成分设计、实验分析和优化，利用铜模浇铸的技术手段获得临界尺寸达到52mm的Ti-Zr-Be-Ni-Cu非晶合金。

本发明的具体技术方案如下。

一种具有超大非晶形成能力的Ti-Zr-Be-Ni-Cu(Fe)非晶合金，该Ti基块体非晶合金的组成为(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100-xCu_x或(Ti_aZr_bBe_cNi_d)_100-xFe_x，其中a，b，c，d，x均为原子百分比，取值范围是：41≤a≤55，15≤b≤25，20≤c≤26，8≤d≤10，0x≤12，且所有元素原子比例之和为100。