本發(fā)明屬于材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及鈦基非晶復(fù)合材料的微觀組織及力學(xué)性能的一種工藝調(diào)控方法。
背景技術(shù)：
相對于晶態(tài)合金而言，非晶合金具有長程無序，中短程缺位有序的結(jié)構(gòu)，因此，具有一系列優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性和抗腐蝕性等，這些優(yōu)異的性能使得非晶復(fù)合材料具有成為新型材料的潛質(zhì)，引起眾多研究者們的關(guān)注。然而，室溫加載時(shí)，由于非常局域化的剪切帶快速擴(kuò)展導(dǎo)致剪切層絕熱升溫而軟化，進(jìn)而發(fā)生脆性斷裂，幾乎所有的非晶合金都表現(xiàn)為脆性斷裂。為了解決這一瓶頸問題，已有研究者們開發(fā)出了非晶基復(fù)合材料，其第二相枝晶可有效的阻礙剪切帶的快速擴(kuò)展，提高非晶合金的塑性。這種方法成形簡單，操作方便，受到各研究者的喜愛。
ti48zr18v12cu5be17塊體非晶合金是通過銅模吸鑄獲得的具有第二相枝晶的塊體非晶復(fù)合材料，但是由于成形過程中冷卻速度不同，枝晶較小且分布不均勻。因此，相比于非晶合金，塑性雖有一定的提高，但提高的幅度太小，并不能滿足工業(yè)需求。半固態(tài)等溫處理是進(jìn)一步提高塑的有效工藝措施。
20世紀(jì)90年代，半固態(tài)等溫處理作為一種新的處理方式被引入到材料工程領(lǐng)域。多年來，國內(nèi)外對半固態(tài)等溫處理制備非枝晶組織進(jìn)行了大量的研究，并在工藝參數(shù)對非枝晶組織形成的影響及非枝晶組織的形成機(jī)理等方面取得了一些成果。它略去了半固態(tài)非枝晶錠料的制備步驟，在半固態(tài)成形前的二次加熱過程中實(shí)現(xiàn)半固態(tài)非枝晶化，其工藝過程簡單、成本低廉。半固態(tài)等溫處理工藝對非晶復(fù)合材料的增塑是一項(xiàng)全新的嘗試。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種ti基塊體非晶復(fù)合材料的半固態(tài)等溫處理方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的一種ti基塊體非晶復(fù)合材料的半固態(tài)等溫處理方法，包括以下步驟。
（1）ti基塊體非晶復(fù)合材料的制備。
（2）將制備好的塊體非晶復(fù)合材料先用物理方法去除表面的污物，再超聲波清洗干凈后用真空石英管封裝。
（3）將封裝好的塊體非晶試樣放入箱式電阻爐進(jìn)行半固態(tài)等溫處理。
（4）將保溫了預(yù)定時(shí)間的石英管迅速取出并置于入6%的nacl水溶液中冷卻。
本發(fā)明步驟（1）中所述的ti基塊體非晶復(fù)合材料的制備，按以下步驟。
1）對原材料進(jìn)行打磨，去除表面的氧化層，并進(jìn)行超聲波清洗。
2）配料：將ti，zr，v，cu，be各元素的原子百分比轉(zhuǎn)換成質(zhì)量百分比，按照熔煉所要獲得的總質(zhì)量計(jì)算各組成元素的質(zhì)量，進(jìn)行稱量，用于后續(xù)的熔煉。
3）將處理好的材料放入電弧熔煉爐中進(jìn)行真空熔煉吸鑄，熔煉爐中的真空度為1.0×10-3pa，并充入氬氣，保持氣壓為0.05pa。
4）電弧熔煉需要多次重復(fù)熔煉，每次熔煉后翻轉(zhuǎn)180，熔煉時(shí)電流不超過450a，每次熔煉5min，多次熔煉后，添加磁攪拌再次重復(fù)熔煉，保證合金充分均勻。
本發(fā)明步驟（3）中所述的半固態(tài)等溫處理是：將石英管放在由耐火泥制作的模型中固定，并放入箱式電阻爐中。保溫溫度設(shè)定在固相線溫度以上，液相線溫度以下，固液相溫度根據(jù)非晶復(fù)合材料的dsc曲線確定。優(yōu)選保溫溫度為760℃，800℃，860℃，900℃，保溫時(shí)間10min。
本發(fā)明所述的ti基塊體非晶復(fù)合材料為ti48zr18v12cu5be17。
本發(fā)明工藝簡單，操作方便，環(huán)保節(jié)能，塑性大幅度提高，是非晶復(fù)合材料增塑的一個(gè)全新方法。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1。
通過質(zhì)量配比計(jì)算出ti，zr，v，cu，be各元素的質(zhì)量，分別為9.1504g、6.5395g、2.4345g、1.2655g、0.6101g。用砂紙進(jìn)行打磨去除表面的氧化物，再用超聲波清洗。將處理好的原材料放入電弧熔煉爐中，并對熔煉爐進(jìn)行抽真空，真空度為1.0×10-3pa，熔煉前，需將熔煉爐中通入氬氣，氣壓保持0.05pa，熔煉電流不超過450a，初次熔煉后，將合金錠翻轉(zhuǎn)180゜繼續(xù)熔煉，多次熔煉后加入磁攪拌保證合金中各材料的均勻性。將熔煉好的合金錠進(jìn)行吸鑄，獲得直徑為3mm的ti48zr18v12cu5be17塊體非晶復(fù)合材料。將塊體非晶復(fù)合材料進(jìn)行真空石英管封裝后進(jìn)行半固態(tài)等溫處理。保溫前，對電阻爐進(jìn)行預(yù)熱處理，保證溫度的均勻性，以額定功率加熱到200℃保溫2h，再加熱到500℃保溫2h，最后加熱到所需溫度保溫2h。處理溫度分別設(shè)置為760℃，800℃，860℃，900℃，保溫時(shí)間10min。將保溫后的石英管迅速取出并置于入6%的nacl水溶液中冷卻。
對半固態(tài)等溫處理后的塊體非晶復(fù)合材料進(jìn)行微觀組織分析，具體表現(xiàn)為：由xrd檢測和om分析，得到半固態(tài)等溫處理后，第二相不發(fā)生改變，但第二相的大小和形狀發(fā)生了明顯變化。經(jīng)這四種溫度處理后，發(fā)生了多個(gè)晶粒融成一個(gè)較大的晶體，晶粒數(shù)量隨著溫度的升高而減少；形狀慢慢向球晶轉(zhuǎn)變，在860℃達(dá)到最佳，再隨著半固態(tài)等溫處理溫度的提高，球狀晶體又慢慢相樹枝晶轉(zhuǎn)變。半固態(tài)等溫處理對塊體非晶復(fù)合材料的微觀組織有了明顯的優(yōu)化，獲得更優(yōu)的β-ti晶體相，從而提高ti48zr18v12cu5be17塊體非晶復(fù)合材料的塑性。
實(shí)施例2。
工藝條件同實(shí)施例1，獲得直徑為3mm的塊體非晶復(fù)合材料，在860℃下，對試樣進(jìn)行保溫不同時(shí)間，分別為1min、3min、5min、10min、20min、40min。由光學(xué)顯微鏡分析得到：在860℃下，經(jīng)過半固態(tài)等溫處理后，β-ti晶體相發(fā)生相互熔化生成大的晶粒，隨著時(shí)間的增長，第二相晶粒也隨著增大，形狀也逐漸由枝晶向球晶轉(zhuǎn)變，保溫10分鐘時(shí)達(dá)到最佳，隨后又向枝晶轉(zhuǎn)變，并沒有新的相生成。由此說明：ti48zr18v12cu5be17塊體非晶復(fù)合材料在860℃進(jìn)行半固態(tài)等溫處理可以獲得球化度更高的β-ti晶體相，使得材料的塑形更好。
實(shí)施例3。
工藝條件同實(shí)施例1，獲得直徑為3mm的塊體非晶復(fù)合材料，在760℃下保溫3min、30min。保溫前，需要對電阻爐進(jìn)行預(yù)熱處理，保證溫度的均勻性，以額定功率加熱到200℃保溫2h，再加熱到500℃保溫2h，最后加熱到760℃保溫2h。等溫處理后，將石英管放入6%的nacl水溶液中冷卻。對處理后的試樣在rg-2000萬能力學(xué)材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上（mts）進(jìn)行室溫壓縮實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與鑄態(tài)試樣相比，在760℃半固態(tài)等溫處理3min后試樣的塑形增加了20%，斷裂強(qiáng)度下降了約10%。在760℃半固態(tài)等溫處理30min后的試樣雖然的斷裂強(qiáng)度變化不大，為2.13gpa，但是它的塑形卻只有1.02%，因此，在3min時(shí)具有更好的室溫壓縮塑性。