Ti基非晶纳米晶合金制备及其研究

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Ti基非晶合金具有许多优异的性能,如良好的腐蚀性能、低密度以及良好的生物相容性等,因而广泛地受到航空航天、化工及生物医药等领域的青睐。但是,由于传统的非晶合金的室温塑性差和强度低的问题而限制了应用。因此,如何制备出高强度和好塑性的Ti基非晶/纳米晶合金是解决问题的关键。本文通过电弧炉熔炼和铜模吸铸法制备出直径2mm的TixNixCu50-x0-x Zr50-x(x=25,30,35,38,40,42,44)合金,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机、电化学工作站和透射电子显微镜等设备对合金的显微组织形貌、力学性能和耐腐蚀性能等进行研究。然后,在Ti44Ni44Cu6Zr6合金成分的基础上,研究添加Co和Nb元素对该合金非晶形成能力、力学性能和耐腐蚀性能的影响。并且,还研究了冷却速率、非晶相的体积分数对Ti44Ni44Cu4Zr6Co2、Ti44Ni44Cu6Zr6两种合金力学性能的影响。结果表明:直径2mm的TixNixCu50-xZr50-x(x=25,30,35,38,40,42,44)合金的显微结构是由cp2-NiTi晶体相(纳米晶相)和非晶相组成。其中TixNixCu50-xZr50-x(x=38,40,42,44)均存在超弹性和相变诱发塑性(TRIP)效应。随着Ti元素含量的增加,合金的强度和室温塑性提高,特别是Ti44Ni44Cu6Zr6合金的断裂强度和总应变达到2750MPa和27%。并且,在0.5mol/L H2SO4、3.5%NaCl、1mol/L NaOH溶液中合金的耐腐蚀性能也增强。Co和Nb元素的添加提高了合金的非晶形成能力,使合金的强度、塑性和耐腐蚀性能均增大。2mm直径的Ti44Ni44Cu4Zr6Co2、Ti44Ni44Cu6Zr6合金比4mm直径的冷却速率大,非晶相体积分数更大,晶体相体积分数更小,合金在更高的应力下才能够发生应力诱变马氏体相变。本文选取了Ti25Ni25Cu25Zr25非晶复合材料进行不同时间的深冷处理,讨论了深冷处理前后合金的结构性能、力学性能以及腐蚀性能的变化。结果表明:深冷处理前3天,Ti25Ni25Cu25Zr25合金的硬度值和断裂强度值都有明显提高。随着深冷时间继续延长到5天,硬度值和强度值变化的不明显,逐渐趋于稳定值。在0.5mol/L H2SO4、3.5%NaCl、1mol/L NaOH溶液中,深冷处理使Ti25Ni25Cu25Zr25合金的组织更加不均匀,降低了合金的耐腐蚀性能。
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