一種提高中空錐形非晶合金熱穩(wěn)定性和耐磨性的方法
【專利說(shuō)明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種提高中空錐形非晶合金熱穩(wěn)定性和耐磨性的方法。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]非晶合金與晶體相比具有一些特殊的優(yōu)良性能，如高強(qiáng)度、高韌性和高耐蝕性等。中空錐形非晶合金因其形狀的特殊性可廣泛用于軍事領(lǐng)域，而且非晶合金材料在高速載荷的作用下具有非常高的動(dòng)態(tài)斷裂韌性，在侵徹金屬時(shí)具有良好的自銳性，是穿甲彈芯的首選材料之一。還可以將其應(yīng)用于直噴汽油機(jī)中空錐形燃油噴霧的噴頭，汽車或者飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴頭等等，尤其是一些常規(guī)晶體金屬及其合金不能夠滿足硬度、耐磨性或者腐蝕性等要求的特殊場(chǎng)所。
[0003]目前，已有研究表明利用高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)可以提高晶體材料的性能。高壓扭轉(zhuǎn)是在變形體軸向方向施加壓力的同時(shí)，通過(guò)主動(dòng)摩擦作用在其橫截面上施加一扭矩，促使變形體產(chǎn)生軸向壓縮和切向剪切變形的特殊塑性變形工藝。利用高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)已經(jīng)對(duì)鋁合金、鈦合金、鎳合金、純鉻、純鈦、純銅和銅合金、Co-N1復(fù)合材料進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，這些材料經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)后其性能得到了明顯的改善。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高中空錐形非晶合金熱穩(wěn)定性和耐磨性性的方法；本發(fā)明的技術(shù)方案由以下幾部分組成:1、設(shè)計(jì)制作制備中空錐形試樣的銅模；
2、制備中空錐形非晶合金試樣；3、測(cè)試中空錐形非晶合金試樣的性能；4、將制備的中空錐形非晶合金試樣經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)變形；5、測(cè)試中空錐形非晶合金經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)變形后熱力學(xué)和耐磨性性能。
[0005]一種提高中空錐形非晶合金熱穩(wěn)定性和耐磨性的方法，包括如下步驟:
[0006]1、制備中空錐形銅模
[0007]中空錐形銅模采用純銅制作:銅模a為兩個(gè)完全相同的實(shí)心半圓柱體，兩端通過(guò)螺母將兩個(gè)實(shí)心半圓柱體的豎切面無(wú)間隙嚙合在一起；在每個(gè)實(shí)心半圓柱體的豎切面上，最上部開始是一個(gè)小直徑的半圓柱體空腔(冒口)；冒口下面是半圓錐體空腔，用來(lái)形成錐形鑄件；半圓錐體空腔下面是兩個(gè)直徑不同的半圓柱空腔(起定位作用)；兩個(gè)半圓柱體銅模對(duì)應(yīng)組成完整的圓錐體和圓柱體空腔；完整空腔與實(shí)心小銅模b嚙合，銅模b上部分為實(shí)心圓錐體，下部為兩個(gè)直徑不同的實(shí)心圓柱體；銅模b的圓錐體部分是銅模a圓錐體空腔部分的等比例縮小，而圓柱體部分與銅模a的空腔直徑相同；銅模a和銅模b圓錐體部分嚙合形成的薄壁圓錐體空腔即為所需的中空錐形鑄件。
[0008]2、制備中空錐形非晶合金試樣
[0009]第一步，制備母合金:按照設(shè)計(jì)的合金的原子百分比，將合金中的組元轉(zhuǎn)換成重量百分比wt.%，稱取各組元量值，將按成分配比稱量的金屬材料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩禍內(nèi)，采用非自耗電弧熔煉法在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行熔煉:首先抽真空至10 3Pa，然后充入氬氣至氣壓為0.06-0.08MPa，熔化后，再持續(xù)進(jìn)行電磁攪拌熔煉10秒鐘，冷卻，然后將其翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二次熔煉，如此反復(fù)熔煉至少3次，得到成分均勻的母合金錠；第二步，吸鑄中空錐形合金試樣:將上述熔煉好的母合金錠置于石英管內(nèi)，石英管一端與氬氣相通，另一端有直徑2mm的小孔；管內(nèi)通氬氣保護(hù)，利用感應(yīng)線圈加熱的方式熔煉母合金，熔化后，開啟吹鑄裝置，同時(shí)斷電，讓合金熔體通過(guò)石英管的小孔吹入制備的銅模中，冷卻至室溫，拆開銅模即可得到薄壁中空錐形合金。
[0010]3、測(cè)試中空錐形非晶合金試樣的性能
[0011]中空錐形非晶合金的X射線衍射是在D/max-rB型X射線衍射儀上完成的。其掃描范圍可達(dá)5°?100°，掃描速度為4deg/min，步長(zhǎng)為0.02°，Cu靶輻射，工作電壓和電流分別為40kV和120mA。中空錐形非晶合金的X射線衍射曲線通常表現(xiàn)為有一個(gè)漫散射峰，而晶體材料則表現(xiàn)為衍射曲線上強(qiáng)度各不相同的明銳的衍射峰。利用XRD曲線確定試樣是否為非晶態(tài)合金。
[0012]同時(shí)，利用差示掃描量熱儀測(cè)量試樣的DSC，再利用滑動(dòng)摩擦系統(tǒng)測(cè)試試樣的耐磨性性能。
[0013]4、將制備的中空錐形非晶合金試樣經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)變形
[0014]利用高壓扭轉(zhuǎn)設(shè)備將制備的中空錐形非晶合金試樣進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)變形，壓力20噸，扭轉(zhuǎn)一周，扭轉(zhuǎn)速度為1轉(zhuǎn)/分鐘。
[0015]5、測(cè)試經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)變形后中空錐形非晶合金試樣的性能
[0016]利用差示掃描量熱儀測(cè)量高壓扭轉(zhuǎn)變形后試樣的DSC和滑動(dòng)摩擦系統(tǒng)測(cè)試耐磨性性能。測(cè)量結(jié)果表明經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)變形后中空錐形非晶合金的特征溫度提高，過(guò)冷液相區(qū)間增大，耐磨性提高。
[0017]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)為:
[0018]制備了中空錐形非晶合金，并利用高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)對(duì)中空錐形非晶合金進(jìn)行塑形變形，提高了中空錐形非晶合金的熱穩(wěn)定性以及耐磨性。
[0019]本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域:中空錐形非晶合金在結(jié)構(gòu)和性能上的特殊性使其在應(yīng)用方面具有廣闊的前景，尤其是在軍事領(lǐng)域。例如非晶合金材料在高速載荷的作用下具有非常高的動(dòng)態(tài)斷裂韌性，在侵徹金屬時(shí)具有良好的自銳性，是穿甲彈芯的首選材料之一。還可以應(yīng)用于直噴汽油機(jī)中空錐形燃油噴霧的噴頭，汽車或者飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴頭等等，一些常規(guī)金屬及其合金不能夠滿足硬度、韌性或者腐蝕性要求下的特殊場(chǎng)所。
(四)
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為銅模的AutoCAD圖
[0021]圖中:a圖為銅模a AutoCAD圖；b圖為小銅模b AutoCAD圖。
[0022]圖2為高壓扭轉(zhuǎn)工作圖及變形前后試樣實(shí)物圖；
[0023]圖中:圖a為高壓扭轉(zhuǎn)工作示意圖；圖13和圖c分別為扭轉(zhuǎn)變形前后的試樣實(shí)物圖。
[0024]圖3為中空錐形非晶合金試樣高壓扭轉(zhuǎn)變形前后的XRD圖。
[0025]由圖3看出:兩條XRD曲線都是彌散的峰，表明制備的試樣變形前為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而且經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)變形，結(jié)構(gòu)成份沒有變化，仍是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
[0026]圖4為空錐形非晶合金試樣高壓扭轉(zhuǎn)前后DSC圖。
[0027]圖4看出:在DSC圖上可以清晰的看出，高壓扭轉(zhuǎn)前的玻璃轉(zhuǎn)變溫度是385°C，晶化溫度是463°C。高壓扭轉(zhuǎn)后，玻璃轉(zhuǎn)變溫度提高為390°C，晶化溫度提高為486°C。
[0028]圖5為中空錐形非晶合金試樣高壓扭轉(zhuǎn)前后磨損量對(duì)比圖；
[0029]由圖5看出:相同條件下，經(jīng)過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)后中空錐形非晶合金試樣的磨損量明顯減少，表明高壓扭轉(zhuǎn)提高了中空錐形非晶合金的耐磨性。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0030]1、制備中空錐形非晶合金試樣
[0031]首先設(shè)計(jì)制作中空錐形銅模。說(shuō)明書附圖中圖1即為設(shè)計(jì)的銅模。銅模分為銅模a和銅模b兩部分:銅模a為兩個(gè)完全相同的實(shí)心半圓柱體，兩端通過(guò)螺母將豎切面無(wú)間隙嚙合在一起。在實(shí)心半圓柱體豎切面上，上部是直徑為5.49mm的半圓柱體空腔(冒口)，下面是半圓