一種提高中空錐形非晶合金熱穩定性和耐磨性的方法
【專利說明】
(一)
技術領域
[0001]本發明涉及一種提高中空錐形非晶合金熱穩定性和耐磨性的方法。
(二)
【背景技術】
[0002]非晶合金與晶體相比具有一些特殊的優良性能，如高強度、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態斷裂韌性，在侵徹金屬時具有良好的自銳性，是穿甲彈芯的首選材料之一。還可以將其應用于直噴汽油機中空錐形燃油噴霧的噴頭，汽車或者飛機發動機的發動機燃油噴頭等等，尤其是一些常規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所。
[0003]目前，已有研究表明利用高壓扭轉技術可以提高晶體材料的性能。高壓扭轉是在變形體軸向方向施加壓力的同時，通過主動摩擦作用在其橫截面上施加一扭矩，促使變形體產生軸向壓縮和切向剪切變形的特殊塑性變形工藝。利用高壓扭轉技術已經對鋁合金、鈦合金、鎳合金、純鉻、純鈦、純銅和銅合金、Co-N1復合材料進行了研究，結果表明，這些材料經過高壓扭轉后其性能得到了明顯的改善。
(三)

【發明內容】

[0004]為了解決上述問題，本發明提供了一種提高中空錐形非晶合金熱穩定性和耐磨性性的方法；本發明的技術方案由以下幾部分組成:1、設計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過高壓扭轉變形；5、測試中空錐形非晶合金經過高壓扭轉變形后熱力學和耐磨性性能。
[0005]一種提高中空錐形非晶合金熱穩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為兩個完全相同的實心半圓柱體，兩端通過螺母將兩個實心半圓柱體的豎切面無間隙嚙合在一起；在每個實心半圓柱體的豎切面上，最上部開始是一個小直徑的半圓柱體空腔(冒口)；冒口下面是半圓錐體空腔，用來形成錐形鑄件；半圓錐體空腔下面是兩個直徑不同的半圓柱空腔(起定位作用)；兩個半圓柱體銅模對應組成完整的圓錐體和圓柱體空腔；完整空腔與實心小銅模b嚙合，銅模b上部分為實心圓錐體，下部為兩個直徑不同的實心圓柱體；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:按照設計的合金的原子百分比，將合金中的組元轉換成重量百分比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，采用非自耗電弧熔煉法在氬氣的保護下進行熔煉: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，再持續進行電磁攪拌熔煉10秒鐘，冷卻，然后將其翻轉，進行第二次熔煉，如此反復熔煉至少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，石英管一端與氬氣相通，另一端有直徑2mm的小孔；管內通氬氣保護，利用感應線圈加熱的方式熔煉母合金，熔化后，開啟吹鑄裝置，同時斷電，讓合金熔體通過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5°?100°，掃描速度為4deg/min，步長為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為有一個漫散射峰，而晶體材料則表現為衍射曲線上強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合金。
[0012]同時，利用差示掃描量熱儀測量試樣的DSC，再利用滑動摩擦系統測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過高壓扭轉變形
[0014]利用高壓扭轉設備將制備的中空錐形非晶合金試樣進行高壓扭轉變形，壓力20噸，扭轉一周，扭轉速度為1轉/分鐘。
[0015]5、測試經過高壓扭轉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量高壓扭轉變形后試樣的DSC和滑動摩擦系統測試耐磨性性能。測量結果表明經過高壓扭轉變形后中空錐形非晶合金的特征溫度提高，過冷液相區間增大，耐磨性提高。
[0017]本發明的創新點為:
[0018]制備了中空錐形非晶合金，并利用高壓扭轉技術對中空錐形非晶合金進行塑形變形，提高了中空錐形非晶合金的熱穩定性以及耐磨性。
[0019]本發明應用領域:中空錐形非晶合金在結構和性能上的特殊性使其在應用方面具有廣闊的前景，尤其是在軍事領域。例如非晶合金材料在高速載荷的作用下具有非常高的動態斷裂韌性，在侵徹金屬時具有良好的自銳性，是穿甲彈芯的首選材料之一。還可以應用于直噴汽油機中空錐形燃油噴霧的噴頭，汽車或者飛機發動機的發動機燃油噴頭等等，一些常規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所。
(四)
【附圖說明】
[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為高壓扭轉工作圖及變形前后試樣實物圖；
[0023]圖中:圖a為高壓扭轉工作示意圖；圖13和圖c分別為扭轉變形前后的試樣實物圖。
[0024]圖3為中空錐形非晶合金試樣高壓扭轉變形前后的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結構，而且經過高壓扭轉變形，結構成份沒有變化，仍是非晶態結構。
[0026]圖4為空錐形非晶合金試樣高壓扭轉前后DSC圖。
[0027]圖4看出:在DSC圖上可以清晰的看出，高壓扭轉前的玻璃轉變溫度是385°C，晶化溫度是463°C。高壓扭轉后，玻璃轉變溫度提高為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前后磨損量對比圖；
[0029]由圖5看出:相同條件下，經過高壓扭轉后中空錐形非晶合金試樣的磨損量明顯減少，表明高壓扭轉提高了中空錐形非晶合金的耐磨性。
(五)
【具體實施方式】
[0030]1、制備中空錐形非晶合金試樣
[0031]首先設計制作中空錐形銅模。說明書附圖中圖1即為設計的銅模。銅模分為銅模a和銅模b兩部分:銅模a為兩個完全相同的實心半圓柱體，兩端通過螺母將豎切面無間隙嚙合在一起。在實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