專利名稱：非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金及制備方 法。
背景技術(shù)：
目前金屬材料領(lǐng)域中，纖維合金的作用越來(lái)越受到了重視。CN200510043199. 7號(hào)申請(qǐng)是綜合常規(guī)軋制和固定模拉拔加工方法優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上， 利用具有一定型腔的輥式模具四只輥?zhàn)觾山M前后豎直和水平十字組合或八只輥?zhàn)铀慕M前 后交叉豎直和水平十字組合進(jìn)行鈦及鈦合金絲材加工的輥模拉絲技術(shù)，通過(guò)選擇合適的鈦 及鈦合金絲材料熱加工或冷加工生產(chǎn)工藝，能夠進(jìn)行圓截面或非圓截面(異型)鈦及鈦合 金絲材的加工。王海波在熱加工工藝雜志2008年第37卷第14期討論了鈦及鈦合金絲材 制備工藝的研究現(xiàn)狀。鈦合金絲通過(guò)拉拔方法實(shí)現(xiàn)，其生產(chǎn)工藝流程為原料-鑄錠-熔 煉_鍛造-軋制_拉拔_熱處理_檢驗(yàn)-成品?？梢?jiàn)，鈦合金絲制備過(guò)程的程序多而復(fù)雜， 并且無(wú)法形成具有非晶/納米晶組織的纖維。CN01128161. 8號(hào)申請(qǐng)?zhí)峁┝艘活惪尚纬煞蔷B(tài)結(jié)構(gòu)的多組元鈦基合金，合金成分 的表達(dá)式為TiaMb(CuxNihhRdZja，b，c, d，e為原子百分比，χ為原子分?jǐn)?shù))。M為元素Mg、 Ca、Mn、Nb、Fe、V、Mo、Zr中的至少一種，R為元素Al、Ag、Co、Fe、Pd、Zn中的至少一種，Z為 元素 B、Ge、Si、C、Sn 中的至少一種。a = 37 77%，b = 0 27%，c = 20 50%，d = 0 17%，e = 1 15%，a+b+c+d+e = 100%。χ = 0. 35 0. 75。CN200610011458. 2號(hào)申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鈦基塊體非晶態(tài)合金，其化學(xué)成分(原子個(gè) 數(shù)％ )為=TE1 (a) TL1 (b) TE2 (c) TL2 (d) 其中，TE1 = Ti ；TL1 = Cu ；TE2 = Zr ；TL2 = Fe, Co, Pd, Pt, Ir ；45 ^ a ^ 50,45 < b < 47. 5，2. 5 < c < 7. 5，1. 5 < d < 5。CN200810084806. 8供了一種鈦基非晶合金，其中，該鈦基非晶合金的組成如下述 通式所示TiaCubSncTLd ；其中，TL 為 Fe、Co、Mn、Ru、Ag、Pd、Pt 中的一種或幾種，a、b、c、d 均 為原子百分?jǐn)?shù)，40彡a彡60,30彡b彡50,0彡c彡6，2彡d彡8，且a、b、c、d之和為100。CN200910084902. 7號(hào)申請(qǐng)，公開(kāi)一種能同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性的鈦基塊體非晶合 金，它是一種含有鈦Ti、銅Cu、鋯&、鎳Ni和錫Sn五種元素的非晶合金，該非晶合金名義成 分為[Τ 44. 10Cu37. 04Zr9. 80Ν 7. 06Sn2. 00(at% )] 這些材料都無(wú)法直接形成非晶/納 米晶組織鈦纖維合金。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種輕質(zhì)非晶/納米晶鈦基 纖維合金，它具有優(yōu)越的強(qiáng)度和韌性。一種非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金，該合金材料以鈦合金為基體，基體上均勻 分布著納米級(jí)晶粒，該納米級(jí)晶粒占復(fù)合材料體積百分比為20-50%，納米級(jí)晶粒的尺寸為 50nm-IOOnm ；該合金材料化學(xué)成分的重量百分含量為A1為25% 30%，Cu為5% 10%，
3Sr 為 1 % 5 %，Sn 為 0. 05 % 0. 09 %，Sm 為 0. 003-0. 09 %，Y 為 0. 5 % 1. 0 %，La 為 0. 5% 2%，其余為Ti。本發(fā)明非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金的制備方法，制備過(guò)程如下分別將占 原料總重為25 % 30 %的Al，5 % 10 %的Cu，1 % 5 %的Sr，0. 05 % 0. 09 %的Sn， 0. 003 % -0. 09 %的Sm，0. 5 % 1. 0 %的Y，0. 5 % 2 %的La，其余為Ti的原料置于帶有加 熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成鈦合金液；熔化溫度1780-1800°C，升液管下部套裝有柱塞， 柱塞在動(dòng)力裝置帶動(dòng)下可沿升液管上、下移動(dòng)，柱塞上移時(shí)可將升液管內(nèi)液面抬高，從而 便于轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成纖維，轉(zhuǎn)輪采用輪緣有凸緣的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪(置說(shuō)明 書)，合金液通過(guò)升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪凸緣將合 金液拽出，形成鈦基合金材料纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為18-21m/s ；轉(zhuǎn)輪開(kāi)轉(zhuǎn)前開(kāi)啟轉(zhuǎn)輪 水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度小于30°C ；該鈦基合金材料纖維的直徑為10-45 μ m;將得到 的合金纖維再置于380-420°C保溫15-30min后，自然冷卻，便得到非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖 維合金。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下效果本發(fā)明非晶/納米晶鈦基纖維合金中，Al、Cu、Sr、Sm、Y元素聯(lián)合作用增加鈦合金 形成非晶的能力；其中A1和Sm元素共同作用有助于在熱處理溫度升高后形成納米細(xì)晶。 Cu、Sn和La三個(gè)元素共同作用有助于在熱處理溫度升高后抑制晶粒的過(guò)量形成和晶粒的 長(zhǎng)大。本發(fā)明非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金中的納米晶占合金基體的20-50% (通過(guò) 加熱到380-450°C保溫15-30min，在非晶基體中出現(xiàn)彌散的納米晶粒)。形成基體的非晶 其強(qiáng)度高，基體中的納米晶韌性好。因此，非晶/納米晶鈦基纖維合金具有優(yōu)越的強(qiáng)度和韌 性。本合金制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)的合金材料性能穩(wěn)定，而且生產(chǎn)成本低，非常便于工業(yè)
化生產(chǎn)。
四

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一得到的非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金的金相組織。由圖1可以看到非晶基體上的細(xì)小納米晶顆粒。
五具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋說(shuō)明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實(shí)施例一本發(fā)明的非晶/納米晶鈦基纖維合金的制備過(guò)程分別將占原料總重Al為25%， Cu 為 5%，Sr 為 l%，Sn 為 0. 05%，Sm 為 0. 003%，Y 為 0. 5%，La 為 0. 5%，余量為 Ti 的原 料置于帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成鈦合金液；熔化溫度1780-1800°C，升液管下 部套裝有柱塞，柱塞在動(dòng)力裝置帶動(dòng)下可沿升液管上、下移動(dòng)，柱塞上移時(shí)可將升液管內(nèi)液 面抬高，從而便于轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成纖維，轉(zhuǎn)輪采用輪緣有凸緣的水冷銅合金轉(zhuǎn) 輪，合金液通過(guò)升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成鈦基合金材料纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為18-21m/s ；轉(zhuǎn)輪開(kāi)轉(zhuǎn)前開(kāi)啟轉(zhuǎn)輪 水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度小于30°C ；該鈦基合金材料纖維的直徑為10-45 μ m;將得到 的合金纖維再置于380-420°C保溫15-30min后，自然冷卻，便得到非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖 維合金。得到的非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金的金相組織如圖1所示，其非晶基體上的 細(xì)小納米晶顆粒。
實(shí)施例二 分別將占原料總重A1 為 30 %，Cu 為 10 %，Sr 為 5 %，Sn 為 0. 09 %，Sm 為 0. 09 %， Y為1.0%，La為2%，余量為Ti。按實(shí)施例一方法制備，得產(chǎn)品。實(shí)施例三分別將占原料總重A1為 28 %，Cu 為 7 %，Sr 為 3 %，Sn 為 0. 07 %，Sm 為 0. 009 %， Y為0. 8 %，La為0. 8 %，余量為Ti。按實(shí)施例一方法制備，得產(chǎn)品。實(shí)施例四(原料各成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實(shí)例)分別將占原料總重A1為24 %，Cu為4 %，Sr為0. 3 %，Sn為0. 05 %，Sm為 0. 002%，Y為0. 4%，La為0. 4%，Ti為70. 848%。按實(shí)施例一方法制備，得產(chǎn)品。實(shí)施例五(原料各成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實(shí)例)分別將占原料總重=Al為31%, Cu為11%, Sr為6%, Sn為0. 1%, Sm為0. 1%, Y為1. l%，La為3%，Ti為47. 7%。按實(shí)施例一方法制備，得產(chǎn)品。下表為不同成份與配比的合金性能對(duì)照表表1 由上表可見(jiàn)，合金中Al、Cu、Sr、Sn、Sm、Y、La含量在本案范圍內(nèi)增加，如產(chǎn)品一、產(chǎn) 品二和產(chǎn)品三，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率提高；如果Al、Cu、Sr、Sn、Sm、Y、La含量超出本案范圍， 或者因元素的數(shù)量不夠，元素作用難以發(fā)揮，導(dǎo)致力學(xué)性能沒(méi)有提高，或者脆性化合物數(shù)量 增多，形成網(wǎng)狀，會(huì)明顯降低材料的力學(xué)性能。如產(chǎn)品四、產(chǎn)品五。
權(quán)利要求
一種非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金，該合金材料以鈦合金為基體，基體上均勻分布著納米級(jí)晶粒，該納米級(jí)晶粒占復(fù)合材料體積百分比為20-50％，納米級(jí)晶粒的尺寸為50nm-100nm；該合金材料化學(xué)成分的重量百分含量為Al為25％～30％，Cu為5％～10％，Sr為1％～5％，Sn為0.05％～0.09％，Sm為0.003-0.09％，Y為0.5％～1.0％，La為0.5％～2％，其余為Ti。
2.一種非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金的制備方法，其特征在于制備過(guò)程如下分別 將占原料總重為25 % 30 %的Al，5 % 10 %的Cu，1 % 5 %的Sr，0. 05 % 0. 09 %的 Sn，0. 003% -0. 09%的Sm，0. 5% 1. 0%的Y，0. 5% 2%的La，其余為Ti的原料置于 帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成鈦合金液；熔化溫度1780-1800°C，合金液通過(guò)升液 管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成鈦基 合金材料纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為18-21m/s ；轉(zhuǎn)輪開(kāi)轉(zhuǎn)前開(kāi)啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng) 進(jìn)水溫度小于30°C ；該鈦基合金材料纖維的直徑為10-45 μ m;將得到的合金纖維再置于 380-420°C保溫15-30min后，自然冷卻，便得到非晶/納米晶復(fù)合鈦基纖維合金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輕質(zhì)非晶/納米晶鈦基纖維合金及其制備方法，該合金具有優(yōu)越的強(qiáng)度和韌性，其制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該合金材料以鈦合金為基體，基體上均勻分布著納米級(jí)晶粒，該納米級(jí)晶粒占復(fù)合材料體積百分比為20-50％，納米級(jí)晶粒的尺寸為50nm-100nm；該合金材料的化學(xué)成分的重量百分含量為Al為25％～30％，Cu為5％～10％，Sr為1％～5％，Sn為0.05％～0.09％，Sm為0.003-0.09％，Y為0.5％～1.0％，La為0.5％～2％，其余為Ti。
文檔編號(hào)C22C14/00GK101880841SQ201010220248
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者何美琴, 王玲, 趙浩峰 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)