專利名稱：由鈦合金構(gòu)成的高強(qiáng)度的、可塑變形的成型體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由鈦合金構(gòu)成的高強(qiáng)度的和在室溫下可塑變形的成型體。當(dāng)特別在復(fù)雜形狀的構(gòu)件對機(jī)械負(fù)荷、耐腐蝕性和表面應(yīng)力提出高的要求時，這種成型體可用作為高負(fù)荷構(gòu)件，如用在飛機(jī)工業(yè)、航天和汽車工業(yè)，然而也用于醫(yī)療領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)技術(shù)儀器和植入件中。
現(xiàn)有技術(shù)已知，一些多組分的金屬材料可通過快速凝固而轉(zhuǎn)化成亞穩(wěn)態(tài)的玻璃狀狀態(tài)(金屬玻璃)，以得到優(yōu)越的(如軟磁的、機(jī)械的、催化的)性能。由于熔體所必需的冷凝速率而只可制備大多是在至少一維上具有較小尺寸的這些材料，如薄帶材或粉末。從而它們作為結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)材料是不合適的(例如參見B.T.Masumoto，Mater.Sci.Eng.A179/180(1994)8-16)。
已知多組分合金在一定的組成范圍，通過鑄造工藝方法也可制成結(jié)實(shí)形式，如具有＞1mm尺寸的金屬玻璃，這樣的合金例如是Pd-Cu-Si、Pd40Ni40P20、Zr-Cu-Ni-Al、La-Al-Ni-Cu(例如參見B.T.Masumoto，Mater.Sci.Eng.A179/180(1994)8-16和W.L.Johson in Mater.Sci.ForumVol.225-227，S.35-50，Transtec Publication 1996，Switzerland)。已知特別是可以制成具有化學(xué)式Ti50Ni25Cu25、Ti-Be-Zr、Ti-Ni-Cu-Al和Ti-Zr-Ni-Cu組成的具有＞1mm的金屬玻璃(A.Inoue et al.，Mater.Lett.19，131(1994)，K.Amiya et al.，Mater.Sci.Eng.A179/A180，692(1994)，L.E.Tanner et al.，Scr.Met.11，1727(1977)，and D.V.Louzguine et al.，J.Mater.Res.14，4426(1999))。
另外還已知以一定組成范圍的四元Ti-Cu-Ni-Sn-合金在所有各維中都是＞1mm的金屬玻璃-成型體(T.Zhang und A.Inoue，Mater.Trans.，JIM 39，1001(1998))。
已知一種對于多組分的含鈹?shù)木哂谢瘜W(xué)式(Zr100-a-bTiaNbb)75(BexCuyNiz)25的合金組成，此處系數(shù)a、b表示以原子％的元素份額，其中a＝18.34；b＝6.66和系數(shù)x、y、z表示以原子％的比例份額，其中x∶y∶z＝9∶5∶4。這種合金是二相的，其具有高強(qiáng)度的、脆的玻璃狀的基體和延性的、可塑變形的樹枝狀的krz-相。這樣就顯著改善了在室溫下的機(jī)械性能，特別是在宏觀延伸區(qū)(C.C.Hays，C.P.Kimund W.L.Johnson，Phys.Rev.Lett.84，13，p.2901-2904，(2000))。
迄今為止還不能制備具有高強(qiáng)度的玻璃狀的基體和在其中嵌有延性的、可塑變形的樹枝狀的krz-相的二相的鈦合金。
本發(fā)明的說明本發(fā)明的任務(wù)在于，制備由鈦合金構(gòu)成的高強(qiáng)度的和在室溫下可塑變形的成型體，其相對于所謂的金屬玻璃具有在室溫下的成型過程中宏觀的可塑性和變形強(qiáng)度，而又基本上不損害其他的性能，如強(qiáng)度、彈性延伸或腐蝕性能。
該項(xiàng)任務(wù)以在權(quán)利要求中所給出的高強(qiáng)度的成型體而得到解決。
根據(jù)本發(fā)明的成型體的特征在于，其由一種材料構(gòu)成，其在它的組成中相應(yīng)于化學(xué)式為TiaE1bE2cE3dE4e其中E1為元素Ta、Nb、Mo、Cr、W、Zr、V、Hf和Y構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素，E2為元素Cu、Au、Ag、Pd和Pt構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素，
E3為元素Ni、Co、Fe、Zn、Mn構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素和E4為元素Sn、Al、Ga、Si、P、C、B、Pb和Sb構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素，并且具有a＝100-(b+c+d+e)b＝0-20c＝5-30d＝5-30e＝1-15(a、b、c、d、e以原子％為單位)和可能還有少量的、由制備技術(shù)所決定的添加劑和雜質(zhì)。
在此成型體具有均勻的微觀的組織結(jié)構(gòu)，主要由玻璃狀的或納米晶體的基體，基體中嵌有延性的樹枝狀的krz(立方-體心的)-相構(gòu)成。具有較少的最大為10％容積份額的第三相的存在是可能的。
為了實(shí)現(xiàn)特別優(yōu)選的性能這種材料應(yīng)相當(dāng)于具有TiaCucNidSne的組成，其中a＝45-55，c＝20-25，d＝15-25和e＝5-10(以原子％為單位的份額)。
根據(jù)本發(fā)明在基體中所構(gòu)成的樹枝狀的krz-相的容積份額為20-90％，優(yōu)選為50-70％。初級-樹枝狀晶體軸線長度在1-100μm的范圍和初級-樹枝狀晶體的半徑為0.2-2μm。
為了制備成型體，通過將鈦合金熔體澆注入銅鑄模中而制成成品鑄件。
在玻璃狀或納米晶體的基體中的樹枝狀的krz-相的檢驗(yàn)和樹枝狀的析出物的大小和容積份額的確定可通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡實(shí)施。
實(shí)施本發(fā)明的途徑下面根據(jù)實(shí)施例來更清楚地解釋本發(fā)明。
實(shí)施例1具有Ti50Cu23Ni20Sn7(所給出的數(shù)字為原子％)組成的合金澆注入內(nèi)徑為3mm的圓柱形銅鑄模中。所得到的成型體由一部分玻璃狀的、一部分納米晶體的基體和基體中嵌有延性的krz-相構(gòu)成。樹枝狀相的容積份額估計為50％。這樣在2010MPa的斷裂強(qiáng)度時達(dá)到7.5％的斷裂伸長。在1190MPa的強(qiáng)度時在技術(shù)拉伸極限處(0.2％延伸極限)的彈性延伸為2.5％。彈性模數(shù)為85.8GPa.
實(shí)施例2具有Ti60Ta10Cu14Ni12Sn4(所給出的數(shù)字為原子％)組成的合金澆注入內(nèi)徑為3mm的圓柱形銅鑄模中。所得到的成型體由一部分玻璃狀的、一部分納米晶體的基體和在基體中嵌有延性的krz-相構(gòu)成。樹枝狀相的容積份額估計為60％。這樣在2200MPa的斷裂強(qiáng)度時達(dá)到3.0％的斷裂伸長。在1900MPa的強(qiáng)度時在技術(shù)拉伸極限處(0.2％延伸極限)的彈性延伸為1.0％。彈性模數(shù)為95.5GPa。
權(quán)利要求
1.一種由鈦合金構(gòu)成的高強(qiáng)度的、在室溫下可塑變形的成型體，其特征在于，型體由一種材料構(gòu)成，其在它的組成中相應(yīng)于化學(xué)式為TiaE1bE2cE3dE4e其中E1為元素Ta、Nb、Mo、Cr、W、Zr、V、Hf和Y構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素，E2為元素Cu、Au、Ag、Pd和Pt構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素，E3為元素Ni、Co、Fe、Zn、Mn構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素和E4為元素Sn、Al、Ga、Si、P、C、B、Pb和Sb構(gòu)成的物質(zhì)組中的一種元素或多種元素，并且具有a＝100-(b+c+d+e)b＝0-20c＝5-30d＝5-30e＝1-15(a、b、c、d、e以原子％為單位)和可能還有少量的、由制備技術(shù)所決定的添加劑和雜質(zhì)，和該成型體具有均勻的微觀組織結(jié)構(gòu)，主要由玻璃狀的或納米晶體的基體，基體中嵌有延性的樹枝狀的krz(立方-體心的)-相。在此可以含有最大為10％較少容積份額的第三相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的成型體，其特征在于，材料具有b＝0-15，c＝20-25，d＝15-25和e＝5-10(原子％)的組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的成型體，其特征在于，在基體中所形成的樹枝狀的krz-相的容積份額為20-90％，優(yōu)選為50-70％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的成型體，其特征在于，初級-樹枝狀晶體軸線長度在1-100μm的范圍和初級-樹枝狀晶體的半徑為0.2-2μm。
全文摘要
本發(fā)明的任務(wù)在于，制備由鈦合金構(gòu)成的高強(qiáng)度的和在室溫下可塑變形的成型體，其相對于金屬玻璃具有宏觀的可塑性以及變形強(qiáng)度，而又基本上不損害其他的性能，如斷裂強(qiáng)度、彈性延伸或腐蝕性能。根據(jù)本發(fā)明的成型體的特征在于，該型體由一種材料構(gòu)成，其在它的組成中相應(yīng)于化學(xué)式Ti
文檔編號C22C14/00GK1659302SQ03812583
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者何國, 沃爾夫?qū)ぢ鍧? 尤爾根·?？颂? 烏塔·庫恩 申請人:德累斯頓協(xié)會萊布尼茨固體材料研究所