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一種用枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦制備雙金屬復(fù)合板的方法

文檔序號:9196152閱讀:383來源:國知局
一種用枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦制備雙金屬復(fù)合板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬玻璃及其復(fù)合材料領(lǐng)域,特別涉及一種用枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦制備雙金屬復(fù)合板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料具有較高的強度和一定的韌性,但這類材料的應(yīng)變強化能力很弱,在拉伸塑性變形時易于發(fā)生局部失穩(wěn),產(chǎn)生嚴(yán)重的頸縮現(xiàn)象。為了提高這類材料的塑性穩(wěn)定性,抑制或減弱頸縮現(xiàn)象,就需要提高金屬玻璃復(fù)合材料中第二相即枝晶相的體積分?jǐn)?shù)。理論計算和實驗證明:第二相的體積分?jǐn)?shù)需要超過70%才能在枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料中有效抑制塑性失穩(wěn),實現(xiàn)均勻拉伸塑性變形。然而,過高的第二相體積分?jǐn)?shù)使得這類金屬玻璃復(fù)合材料的屈服強度和硬度急劇下降,材料的摩擦、磨損性能也嚴(yán)重降低。因此,高復(fù)合化不利于發(fā)揮金屬玻璃復(fù)合材料中非晶基體的高強度、高硬度和耐摩擦、抗磨損性能。
[0003]為了充分發(fā)揮金屬玻璃復(fù)合材料非晶基體的高強度、高硬度和耐摩擦、抗磨損性能,同時又使金屬玻璃復(fù)合材料具有較好的韌性和抵抗沖擊載荷的能力,需要在枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使役方式上做出創(chuàng)新,即在保證復(fù)合材料具有足夠韌性抵抗局部剪切變形的前提下,盡量降低金屬玻璃復(fù)合材料中枝晶相的含量,而將提高塑性穩(wěn)定性的任務(wù)轉(zhuǎn)移到復(fù)合材料的外部,即形成雙金屬復(fù)合板的方式。然而,要形成雙金屬復(fù)合板存在諸多的困難。通常是采用擴散焊接的方法來制備雙金屬金屬復(fù)合板,擴散焊接是在一定的溫度和壓力下保持一段時間,使接觸面之間的原子相互擴散形成聯(lián)接的方法,它是一種固態(tài)焊接的方法。但這一過程需要足夠高的溫度和較長的時間,這一溫度通常超過了金屬玻璃復(fù)合材料中非晶基體的玻璃轉(zhuǎn)變點,甚至超過了金屬玻璃復(fù)合材料非晶基體的晶化溫度,很容易使材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,即非晶基體發(fā)生晶化而導(dǎo)致金屬玻璃復(fù)合材料的韌性顯著下降,因而無法獲得理想的金屬玻璃復(fù)合材料。此外,雙金屬復(fù)合板之間彈性模量的匹配,界面的結(jié)合能力等問題均較難解決,因此,目前尚無鈦基金屬玻璃復(fù)合材料雙金屬復(fù)合板的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是,在保持鈦基金屬玻璃高強耐磨性能的同時,克服鈦基金屬玻璃韌性不足的缺點,提供一種用枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦制備雙金屬復(fù)合板的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
(I)采用具有非晶形成能力,且能在鑄態(tài)原位析出固溶體β枝晶相的合金,作為制備雙金屬復(fù)合板的枝晶增強鈦基復(fù)合材料,其合金成分原子百分比表達(dá)式為:TiaZrbM0c;CudBee,其中,40彡a彡50,21彡b彡30,3彡c彡8,4彡d彡16,8彡e彡20,a + b + c + d +e=100 ;
(2)在氬氣氛圍下和鈦吸氧條件下采用非自耗電弧爐將該合金成分熔煉成母合金錠,待母合金錠凝固之后,將其倒扣,再進行電弧熔煉,如此反復(fù)熔煉至少四次,制得成分分布均勻的母合金錠;
(3)將母合金錠切割成厚度為Imm的母合金薄板,然后,將母合金薄板覆蓋在厚度為0.5-2mm的工業(yè)純鈦板上,再一起放置于真空電弧恪煉爐的水冷銅盤的平坦處;
(4)將真空電弧熔煉爐的熔煉室抽真空至5X10_3Pa ;
(5)往熔煉室內(nèi)充入高純氬氣,氬氣純度大于99.999%,使熔煉室氣壓達(dá)到0.05MPa ;
(6)在吸氣工位對海綿鈦進行電弧熔煉,電流為300A,通過熔融的海綿鈦吸收熔煉室內(nèi)殘留的氧氣,熔煉時間為2分鐘;
(7)將電弧電流調(diào)至200A,在不?;〉那闆r下迅速移動電極至枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料母合金薄板及工業(yè)純鈦板的上方,反復(fù)快速地在整個母合金薄板上方移動電極,直至母合金薄板完全熔化,然后迅速移走電極并斷電?;?,母合金薄板及工業(yè)純鈦板在水冷銅盤上冷卻,使具有一定體積分?jǐn)?shù)β體心立方增強相的鈦基金屬玻璃復(fù)合材料的熔體在工業(yè)純鈦板上發(fā)生凝固,即獲得枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦的雙金屬復(fù)合板。
[0006]所述的合金組元的純度為99.9%。
[0007]所述的合金組元各成分的質(zhì)量誤差控制在0.5%以內(nèi)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料熔化后在工業(yè)純鈦板及水冷銅盤上冷卻,在冷卻過程中,具有一定體積分?jǐn)?shù)β體心立方增強相的鈦基金屬玻璃復(fù)合材料的熔體在工業(yè)純鈦板上發(fā)生凝固,由于熔體熱量傳入工業(yè)純鈦板,工業(yè)純鈦板的結(jié)構(gòu)要發(fā)生α-β轉(zhuǎn)變,由此轉(zhuǎn)變而來的β相將作為鈦基金屬玻璃復(fù)合材料中的β枝晶非平衡異質(zhì)形核層,引導(dǎo)鈦基金屬玻璃復(fù)合材料中的β相在其上生長,而枝晶間的其余熔體則凝固為金屬玻璃基體,隨著工業(yè)純鈦板溫度降低,其結(jié)構(gòu)又發(fā)生逆向轉(zhuǎn)變,即通過在金屬玻璃內(nèi)部原位析出具有β體心立方結(jié)構(gòu)的增強相和與外部具有α相密排立方結(jié)構(gòu)的工業(yè)純鈦復(fù)合,形成具有β相和α相增強的鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦的雙金屬復(fù)合板,該方法可以根據(jù)實際需要制備具有不同β相體積分?jǐn)?shù)和α相體積分?jǐn)?shù)且具有不同力學(xué)性能的鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦的雙金屬復(fù)合板,該復(fù)合板既能充分發(fā)揮鈦基金屬玻璃的高強耐磨性能,又能克服鈦基金屬玻璃韌性不足的缺點,可用作高端消費類電子的殼體材料。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明按原子百分比Ti43Zr27Mo5CultlBe15制備的枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料和純鈦的雙金屬復(fù)合板的光學(xué)金相照片。
【具體實施方式】
[0010]實施例1:
(I)選用純度為99.9%的T1、Zr、Mo、Cu和Be純金屬原料,按照原子百分比進行配料,其中Ti含量為43%,Zr含量為27%,Mo含量為5%,Cu含量為10%,Be含量15%,并將各成分的質(zhì)量誤差控制在0.5%以內(nèi);
(2)在氬氣氛圍下和鈦吸氧條件下采用非自耗電弧爐將該合金成分熔煉成母合金錠,待母合金錠凝固之后,將其倒扣,再進行電弧熔煉,如此反復(fù)熔煉至少四次,制得成分分布均勻的母合金錠;
(3)將母合金錠切割成厚度為Imm的母合金薄板,然后,將母合金薄板覆蓋在厚度為
0.5mm的工業(yè)純鈦板上,再一起放置于真空電弧恪煉爐的水冷銅盤的平坦處;
(4)將真空電弧熔煉爐的熔煉室抽真空至5X10_3Pa ;
(5)往熔煉室內(nèi)充入高純氬氣,氬氣純度大于99.999%,使熔煉室氣壓達(dá)到0.05MPa ;
(6)在吸氣工位對海綿鈦進行電弧熔煉,電流為300A,通過熔融的海綿鈦吸收熔煉室內(nèi)殘留的氧氣,熔煉時間為2分鐘;
(7)將電弧電流調(diào)至200A,在不?;〉那闆r下迅速移動電極至枝晶增強鈦基金屬玻璃復(fù)合材料母合金薄板及工業(yè)純鈦板的上方,反復(fù)快速地在整個母合金薄板上方移動
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