CN101760706B - 一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101760706B CN101760706B CN 200810230098 CN200810230098A CN101760706B CN 101760706 B CN101760706 B CN 101760706B CN 200810230098 CN200810230098 CN 200810230098 CN 200810230098 A CN200810230098 A CN 200810230098A CN 101760706 B CN101760706 B CN 101760706B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- amorphous alloy
- aluminum
- alloy material
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明属于多孔非晶合金材料设计与制备技术，具体为一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法，主要解决①铝基非晶合金的压缩性塑性形变差，②泡沫金属铝强度低和耐蚀性差，③铝基微/纳米多孔非晶合金材料稀缺，④多孔材料的孔径降低到纳米尺度等问题。首先，在快速冷却条件下铝基合金熔体发生快速凝固，获得含有微/纳米尺寸晶态粒子的铝基非晶合金基复合材料。其次，对非晶复合材料进行电化学腐蚀或化学处理，获得铝基微/纳米多孔非晶合金材料。孔径尺寸在1纳米～100微米范围，孔隙率为1～50％。本发明铝基微/纳米多孔非晶合金材料的几何形状取决于所需求的材料形式，可用作于吸波、减振降噪、吸音、电磁屏蔽、催化吸附、吸能缓冲等材料。
Description
技术领域
本发明属于多孔非晶合金材料设计与制备技术，具体地说是，首先利用液相分离规律通过快速凝固技术制备含有微/纳米球形晶态粒子的Al基非晶复合材料，再采用化学处理或电化学腐蚀将复合材料中的球形粒子溶解或腐蚀掉，设计并制备获得一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料。
背景技术
多孔非晶合金材料即是在非晶合金中弥散分布孔洞的金属玻璃材料。多孔非晶合金材料不但具有多孔晶态金属材料的特性，而且还拥有非晶合金材料的一些优异的性能。如多孔晶态金属材料具有轻质、吸音降声减噪、电磁屏蔽、催化吸附、吸能缓冲减震等特点，非晶态合金(即金属玻璃)具有高强度、高弹性、高硬度、耐电化学腐蚀性、生物相容性、抗菌性、耐磨性、各向同性等一系列优良的特性。多孔非晶合金材料作为结构材料和功能材料的理想结合体，在航空航天、交通运输、建筑工程、环境保护、生物医学、体育和军事装备等领域具有十分广泛的应用前景。然而，就多孔非晶合金材料的制备工艺发展来看，最早是在1996年由Apfei和Qui首先提出利用气体膨胀法制备多孔非晶合金材料，但直到2003年才有Schroers等人首次成功制备多孔非晶合金材料的报道。近几年来，多孔非晶合金材料是材料研究界的热点，并且得到了一定的发展。就制备的方法来看，主要分为液态法和固态法两种。液态法通常有在合金液相熔体或过冷液相区中发泡、合金粉末与盐颗粒混合熔化后水淬、渗流铸造三类方式。但是液态法制备过程中，由于在合金液态熔体或过冷液相中形成发泡相，不但合金成分可能发生变化，而且在液相中的发泡相会降低合金的冷却速度，这对合金发生玻璃转变产生影响，以致形成晶态相。因此，直到目前为止采用液态法制备多孔非晶合金材料局限在金属玻璃形成能力较强的Pd系、Zr系合金。基于此，为了克服这些问题，近来提出了通过固态发泡技术制备多孔非晶合金材料，即固态法。这类方法目前在理论上是可行的，但是还没有相关的试验得以证实。在固态法中，目前开展得较多的是通过粉末冶金技术制备多孔非晶合金材料。将制备的非晶合金粉末与晶态粉末进行混合再热挤压，然后将晶态相去除，从而获得多孔非晶合金材料。很明显粉末热挤压方法工艺繁琐复杂、成本高。此外，不论是用液态法还是固态法(粉末热挤压)，制备获得的多孔非晶合金材料孔径小则数十微米大则数百微米，孔隙尺寸、孔隙分布、孔隙率都难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝基微/纳米多孔非晶合材料及其制备方法，其一是解决Al基非晶合金的压缩性塑性形变差问题；其次解决泡沫晶态金属Al强度低和耐蚀性差等问题；其三是解决Al基微/纳米多孔非晶合金材料空白问题；其四是解决将多孔材料的孔径降低到纳米尺寸的问题。
本发明提供了一类Al基多孔非晶合金材料，该非晶合金材料为含有球形孔洞的Al基非晶合金，孔洞的特征尺寸在1纳米～100微米范围内，体积分数1～50％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，Al基难混溶合金优选为Al-Bi、Al-Pb、Al-In、Al-Cd、Al-Tl、Al-Sn、Al-Bi-Pb、Al-Bi-In、Al-Bi-Cd、Al-Bi-Tl、Al-Pb-In、Al-Pb-Cd、Al-Pb-Tl、Al-In-Cd、Al-In-Tl、Al-Bi-Sn、Al-Pb-Sn、Al-In-Sn、Al-Cd-Tl合金之一。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaBibXqYr，其中a、b、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，b＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+b+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaPbcXqYr，其中a、c、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，c＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+c+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaIndXqYr，其中a、d、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，d＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+d+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaBiePbfXqYr，其中a、e、f、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，e+f＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+e+f+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaBigInhXqYr，其中a、g、h、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，g+h＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+g+h+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaPbiInjXqYr，其中a、i、j、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，i+j＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+i+j+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaBikSnlXqYr，其中a、k、l、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，k+l＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+k+l+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaPbmSnnXqYr，其中a、m、n、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，m+n＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+m+n+q+r＝100％。
本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料，合金成分的表达式可以为：AlaInoSnpXqYr，其中a、o、p、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，o+p＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+o+p+q+r＝100％。
本发明还提供了Al基微/纳米多孔非晶合金材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)Al基多元难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子(形成晶态粒子的合金元素包括Bi、Pb、In、Cd、Tl、Sn中至少一种)，最终形成含有微米或纳米尺寸晶态粒子的Al基非晶合金复合材料；
(2)对制备的Al基非晶复合材料进行浓度为0.05～0.15mol/L(优选为0.1摩尔/升)硝酸溶液不超过60小时浸泡(一般为4～60小时)；或者，用0.05～0.15mol/L(优选为0.1摩尔/升)硝酸溶液作腐蚀液在-0.3～0.5V电压下进行电化学腐蚀，从而去除非晶复合材料中微/纳米尺寸晶态粒子，而基体Al基非晶合金耐蚀性强，在强酸中发生钝化，获得Al基微/纳米多孔非晶合金材料。
为了保证由基体熔体冷却形成非晶相，本发明提供的合金，Al含量不能低于70％，也不能高于90％，在这一范围内的Al基合金具有较大的金属玻璃形成能力，在快速凝固(如单辊甩带，辊速不低于30m/s)条件下较容易获得非晶态的合金。合金元素X(Ni、Co、Fe、Cu)具有提高非晶形成能力的作用，其含量不能低于4％，也不能超过10％，否则在同体冷却过程中易于析出金属间化合物相，形成结晶的核心，导致合金的非晶形成能力迅速下降。合金元素Y的作用是提高非晶形成能力和吸收杂质氧，Y含量不能低于4％，也不能超过10％。合金元素Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl与基体非晶相中的主元素之间具有正的液态混合热，但不易形成金属间化合物，在冷却过程中易发生液相分离，快速凝固完成后以球形沉淀相析出，形成内生的球形晶态粒子。Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl元素(其中一种或任意两种之和)的含量不能低于0.5％，低于0.5％时沉淀析出的球形晶态粒子体积分数相对较少，导致经过电化学腐蚀和化学处理去除晶态粒子获得的多孔非晶合金材料中孔的体积分数较少。但是Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl元素(其中一种或任意两种之和)的含量也不能超过5％，否则会导致沉淀析出的球形粒子相的尺寸过大，最后制备的多孔非晶合金材料的孔洞尺寸超过微米数量级。本发明Al基多孔非晶合金材料的孔的特征尺寸和体积分数由合金中Bi(或Pb、In、Sn、Cd、Tl)的含量来决定，根据实际需要可以调整其含量可以获得孔径在数个纳米级到数十微米范围的Al基多孔非晶合金材料。
为了保证将非晶复合材料中的球形晶态粒子去除，以获得多孔非晶合金材料，在选用化学处理方法制备多孔非晶合金时，选用的化学试剂为硝酸溶液，其浓度不低于0.05mol/L，也不能高于0.15mol/L，否则会影响选择性溶解的效果。非晶复合材料在硝酸溶液中的浸泡时间在不能低于4小时，也不能超过60小时。浸泡时间过短导致晶态粒子的溶解量较少，最终的多孔非晶合金材料中孔隙率过低；浸泡时间过长导致基体非晶相发生部分溶解，降低多孔非晶材料的收得率。硝酸溶液浸泡完成后，用酒精在超声波下进行清洗约1小时，然后干燥样品，获得多孔非晶合金材料。
本发明提供的Al基微纳米多孔非晶合金材料中允许存在少量杂质，如氢、氧、氮、碳、磷等，杂质元素主要来源于初始材料、合金熔炼过程中的气氛、坩埚材料等。例如，合金中氧含量超过样的固溶度，会析出金属氧化物相，成为结晶时非均匀形核的形核质点，从而导致过冷液体稳定性下降，最终在冷却中无法形成非晶相。本发明提供合金的主要元素Al和Y是非常活泼的元素，与氧等气相杂质元素具有较强的亲和力，杂质元素的引入在合金材料制备过程中难以避免，但只要适当控制合金成分，少量的铝氧化物和钇氧化物的存在仍可保证合金在103～105K/s冷却速度下获得Al基非晶合金。
本发明的有益效果如下：
1、本发明Al基多元合金熔体快速冷却过程中首先发生液相分离，形成两个液相(基体液相和弥散液滴相)，其中基体液相发生非晶转变，形成Al基非晶合金相，而弥散液滴相结晶凝固，形成微米或纳米尺寸的晶态粒子；其次，晶态粒子在电化学腐蚀或化学处理后溶解，但Al基非晶具有很强的耐蚀性而得以保留，从而获得Al基微/纳米多孔非晶合金材料。
2、本发明将合金快速凝固和化学选择性溶解相结合的技术制备多孔非晶合金材料，是多孔非晶合金材料的制备的一种有效的途径。将微/纳米尺寸的球形孔洞引入Al基非晶合金中来，一方面可以改善Al基非晶合金的压缩性塑性形变；另一方面Al基微/纳米多孔非晶合金材料弥补了当前泡沫金属铝强度低耐蚀性差等劣势，填补了当前只有多孔晶态铝和铝合金材料而没有多孔铝基非晶合金材料的空白，提供了将多孔材料中孔径尺寸控制在纳米尺寸的方法。
3、本发明Al基多孔非晶合金材料中的孔径尺寸、孔的分布、孔隙率可以由变化合金中Bi或Pb或In或Sn或Cd或Tl含量来间接控制。
4、本发明Al基微/纳米多孔非晶合金材料的几何形状取决于所需求的材料形式，如粉末、薄片、薄带等，可以用作于吸音、降声减噪、电磁屏蔽、催化吸附、吸能缓冲等材料。
附图说明
图1(a)-(e)为五种合金薄带X-射线衍射谱(Cu靶)。
(a)Al82.87Bi2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例1)；
(b)Al82.87Pb2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例2)；
(c)Al82.87Bi1.0Pb1.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例3)；
(d)Al82.87Pb1.7In0.8Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例4)；
(e)Al82.87Bi2.0In0.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例5)。
图2(a)-(e)为合金薄带化学处理之前的扫描电子显微图像(SEM)(背散射模式)。
(a)Al82.87Bi2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例1)；
(b)Al82.87Pb2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例2)；
(c)Al82.87Bi1.0Pb1.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例3)；
(d)Al82.87Pb1.7In0.8Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例4)；
(e)Al82.87Bi2.0In0.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例5)。
图3(a)-(e)为合金薄带化学处理之后的扫描电子显微图像(SEM)(背散射模式)。
(a)Al82.87Bi2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例1)；
(b)Al82.87Pb2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例2)；
(c)Al82.87Bi1.0Pb1.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例3)；
(d)Al82.87Pb1.7In0.8Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例4)；
(e)Al82.87Bi2.0In0.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例5)。
图4(a)-(e)为合金薄带化学处理之后的能谱分析结果(EDX)。
(a)Al82.87Bi2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例1)；
(b)Al82.87Pb2.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例2)；
(c)Al82.87Bi1.0Pb1.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例3)；
(d)Al82.87Pb1.7In0.8Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例4)；
(e)Al82.87Bi2.0In0.5Ni4.88Co1.95Y7.8 (实施例5)。
具体实施方式
实施例1
以市售纯金属Al、Bi、Ni、Co、Y元素的块、板、锭等块体材料(纯度高于99.9wt％)为起始材料，在经过钛钝化的氩气气氛下电弧熔炼成母合金锭，合金成分(原子百分比，下同)为Al82.87Bi2.5Ni4.88Co1.95Y7.8，母合金锭需反复电弧熔炼数次以保证成分的均匀性。取适量的母合金材料放置于带有喷嘴的石英坩埚中，在氩气气氛下经感应加热重新熔化后，将合金熔体用单辊快淬法(冷却速度为104～106K/s)制备成薄带。石英坩埚的内径为14mm，方形喷嘴截面尺寸为0.7×5mm，喷嘴与单辊面的间距为0.5mm，单辊线速度为30m/s。单辊快淬法制备的薄带宽度约为5mm，其厚度为30～50微米。从而，Al基难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子，晶态粒子的尺寸在10～200纳米范围内，最终形成含有纳米尺寸晶态粒子的Al基非晶合金复合材料。
薄带在浓度为0.1mol/L的HNO3中浸泡24小时，随后将薄带置于酒精中用超声波进行清洗。将处理后的和未处理的薄带分别用扫描电子显微镜(SEM)观察和EDX能谱分析和X射线衍射(XRD)分析。未经化学处理薄带的XRD结果见图1a，未经化学处理薄带的SEM结果见图2a，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的SEM结果见图3a，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的EDX能谱分析结果分别见图4a。
实验结果表明，快速凝固的Al82.87Bi2.5Ni4.88Co1.95Y7.8合金薄带中冷却过程中沉淀析出了晶态相，基体是非晶相。经HNO3溶液浸泡后，主要含Bi元素的晶态相绝大部分溶解，获得了Al基多孔非晶合金，孔的特征尺寸约为10～200纳米。
实施例2
以市售纯金属Al、Pb、Ni、Co、Y元素的块、板、锭等块体材料(纯度高于99.9wt％)为起始材料，在经过钛钝化的氩气气氛下电弧熔炼成母合金锭，合金成分(原子百分比，下同)为Al82.87Pb2.5Ni4.88Co1.95Y7.8。母合金锭需反复电弧熔炼数次以保证成分的均匀性。取适量的母合金材料放置于带有喷嘴的石英坩埚中，在氩气气氛下经感应加热重新熔化后，将合金熔体用单辊快淬法(冷却速度为104～106K/s)制备成薄带。石英坩埚的内径为14mm，方形喷嘴截面尺寸为0.7×5mm，喷嘴与单辊面的间距为0.5mm，单辊线速度为30m/s。单辊快淬法制备的薄带宽度约为5mm，其厚度为30～50微米。从而，Al基难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子，晶态粒子的尺寸在10～300纳米范围内，最终形成含有微米或纳米尺寸晶态粒子的Al基非晶合金复合材料。
薄带在浓度为0.1mol/L的HNO3中浸泡24小时，随后将薄带置于酒精中用超声波进行清洗。将处理后的和未处理的薄带分别用扫描电子显微镜(SEM)观察和EDX能谱分析和X射线衍射(XRD)分析。未经化学处理薄带的XRD结果见图1b，未经化学处理薄带的SEM结果见图2b，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的SEM结果见图3b，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的EDX能谱分析结果分别见图4b。
实验结果表明，快速凝固的Al82.87Pb2.5Ni4.88Co1.95Y7.8合金薄带中冷却过程中沉淀析出了晶态相，基体是非晶相。经HNO3溶液浸泡后，主要含Pb元素的晶态相绝大部分溶解，获得了Al基多孔非晶合金，孔的特征尺寸约为10～300纳米。
实施例3
以市售纯金属Al、Bi、Pb、Ni、Co、Y元素的块、板、锭等块体材料(纯度高于99.9wt％)为起始材料，在经过钛钝化的氩气气氛下电弧熔炼成母合金锭，合金成分(原子百分比，下同)为Al82.87Bi1.0Pb1.5Ni4.88Co1.95Y7.8。母合金锭需反复电弧熔炼数次以保证成分的均匀性。取适量的母合金材料放置于带有喷嘴的石英坩埚中，在氩气气氛下经感应加热重新熔化后，将合金熔体用单辊快淬法(冷却速度为104～106K/s)制备成薄带。石英坩埚的内径为14mm，方形喷嘴尺寸截面为0.7×5mm，喷嘴与单辊面的间距为0.5mm，单辊线速度为30m/s。单辊快淬法制备的薄带宽度约为5mm，其厚度为30～50微米。从而，Al基难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子，晶态粒子的尺寸在10～150纳米范围内，最终形成含有微米或纳米尺寸晶态粒子的Al基非晶合金复合材料。
薄带在浓度为0.1mol/L的HNO3中浸泡24小时，随后将薄带置于酒精中用超声波进行清洗。将处理后的和未处理的薄带分别用扫描电子显微镜(SEM)观察和EDX能谱分析和X射线衍射(XRD)分析。未经化学处理薄带的XRD结果见图1c，未经化学处理薄带的SEM结果见图2c，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的SEM结果见图3c，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的EDX能谱分析结果分别见图4c。
实验结果表明，快速凝固的Al82.87Bi1.0Pb1.5Ni4.88Co1.95Y7.8。合金薄带中冷却过程中沉淀析出了晶态相，基体是非晶相。经HNO3溶液浸泡后，主要含Bi、Pb元素的晶态相绝大部分溶解，获得了Al基多孔非晶合金，孔的特征尺寸约为10～150纳米。
实施例4
以市售纯金属Al、Pb、In、Ni、Co、Y元素的块、板、锭等块体材料(纯度高于99.9wt％)为起始材料，在经过钛钝化的氩气气氛下电弧熔炼成母合金锭，合金成分(原子百分比，下同)为Al82.87Pb1.7In0.8Ni4.88Co1.95Y7.8。母合金锭需反复电弧熔炼数次以保证成分的均匀性。取适量的母合金材料放置于带有喷嘴的石英坩埚中，在氩气气氛下经感应加热重新熔化后，将合金熔体用单辊快淬法(冷却速度为104～106K/s)制备成薄带。石英坩埚的内径为14mm，方形喷嘴截面尺寸为0.7×5mm，喷嘴与单辊面的间距为0.5mm，单辊线速度为30m/s。单辊快淬法制备的薄带宽度约为5mm，其厚度为30～50微米。从而，Al基难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子，晶态粒子的尺寸在10～100纳米范围内，最终形成含有微米或纳米尺寸晶态粒子的Al基非晶合金复合材料。
薄带在浓度为0.1mol/L的HNO3中浸泡24小时，随后将薄带置于酒精中用超声波进行清洗。将处理后的和未处理的薄带分别用扫描电子显微镜(SEM)观察和EDX能谱分析和X射线衍射(XRD)分析。经化学处理薄带的XRD结果见图1d，未经化学处理薄带的SEM结果见图2d，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的SEM结果见图3d，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的EDX能谱分析结果分别见图4d。
实验结果表明，快速凝固的Al82.87Pb1.7In0.8Ni4.88Co1.95Y7.8。合金薄带中冷却过程中沉淀析出了晶态相，基体是非晶相。经HNO3溶液浸泡后，主要含Pb、In元素晶态相绝大部分溶解，获得了Al基多孔非晶合金，孔的特征尺寸约为10～100纳米。
实施例5
以市售纯金属Al、Bi、In、Ni、Co、Y元素的块、板、锭等块体材料(纯度高于99.9wt％)为起始材料，在经过钛钝化的氩气气氛下电弧熔炼成母合金锭，合金成分(原子百分比，下同)为Al82.87Bi2.0In0.5Ni4.88Co1.95Y7.8。母合金锭需反复电弧熔炼数次以保证成分的均匀性。取适量的母合金材料放置于带有喷嘴的石英坩埚中，在氩气气氛下经感应加热重新熔化后，将合金熔体用单辊快淬法(冷却速度为104～106K/s)制备成薄带。石英坩埚的内径为14mm，方形喷嘴截面尺寸为0.7×5mm，喷嘴与单辊面的间距为0.5mm，单辊线速度为30m/s。单辊快淬法制备的薄带宽度约为5mm，其厚度为30～50微米。从而，Al基难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子，晶态粒子的尺寸在10～100纳米范围内，最终形成含有微米或纳米尺寸晶态粒子的Al基非晶合金复合材料。
薄带在浓度为0.1mol/L的HNO3中浸泡24小时，随后将薄带置于酒精中用超声波进行清洗。将处理后的和未处理的薄带分别用扫描电子显微镜(SEM)观察和EDX能谱分析和X射线衍射(XRD)分析。经化学处理薄带的XRD结果见图1e，未经化学处理薄带的SEM结果见图2e，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的SEM结果见图3e，经化学处理后获得的Al基多孔非晶合金材料薄带的EDX能谱分析结果分别见图4e。
实验结果表明，快速凝固的Al82.87Bi2.0In0.5Ni4.88Co1.95Y7.8。合金薄带中冷却过程中沉淀析出了晶态相，基体是非晶相。经HNO3溶液浸泡后，主要含Bi、In元素的晶态相绝大部分溶解，获得了Al基多孔非晶合金，孔的特征尺寸约为10～100纳米。
Claims (3)
1.一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料，其特征在于：在作为非晶合金基体的主要合金元素Al和作为晶态粒子的主要合金元素Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl中至少一种元素形成Al基多元难混溶合金；Al基多元难混溶合金熔体快速冷却过程中发生液相分离，形成两个液相：基体液相和弥散液滴相，基体液相发生非晶转变，形成Al基非晶合金相，而弥散液滴相凝固结晶，形成微/纳米尺寸的晶态粒子；晶态粒子在电化学腐蚀或化学处理后溶解，Al基非晶合金相保留，从而获得Al基微/纳米多孔非晶合金材料；孔径尺寸在1纳米～100微米范围，体积百分数为1～50％；
Al基多元难混溶合金成分的表达式为：AlaBikSnlXqYr，其中a、k、l、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，k+1＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+k+1+q+r＝100％或者，
Al基多元难混溶合金成分的表达式为：AlaPbmSnnXqYr，其中a、m、n、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，m+n＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+m+n+q+r＝100％；或者，
Al基多元难混溶合金成分的表达式为：AlaInoSnpXqYr，其中a、o、p、q、r为原子百分比，X为Ni、Co、Fe、Cu中的至少一种元素，a＝80-85％，o+p＝0.5～5％，q＝4～8％，r＝4～8％，a+o+p+q+r＝100％。
2.按照权利要求1所述的铝基微/纳米多孔非晶合金材料，其特征在于：Al基微/纳米多孔非晶合金材料的几何形状取决于所需求的材料形式，包括粉末、薄片或薄带。
3.一种权利要求1所述的铝基微/纳米多孔非晶合金材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将给定的合金成份表达式配制合金，将合金熔体以大于1000℃/秒的冷却速度冷却到室温，Al基多元难混溶合金在快速冷却条件下发生液-液相变，基体液相在快速凝固条件下发生玻璃转变形成Al基非晶合金，弥散的液滴凝固形成晶态粒子，形成微米或纳米尺寸晶态粒子弥散分布于Al基非晶相基体上的复合材料；
(2)对制备的Al基非晶复合材料进行浓度为0.05～0.15mol/L硝酸溶液浸泡4～60小时；或者，用0.05～0.15mol/L硝酸溶液作腐蚀液在-0.3～0.5V电压下进行电化学腐蚀，从而使微米或纳米尺寸晶态粒子溶解于HNO3溶液中，除去非晶复合材料中微米或纳米尺寸晶态粒子，获得Al基微/纳米多孔非晶合金材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810230098 CN101760706B (zh) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810230098 CN101760706B (zh) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101760706A CN101760706A (zh) | 2010-06-30 |
| CN101760706B true CN101760706B (zh) | 2013-04-03 |
Family
ID=42492082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200810230098 Expired - Fee Related CN101760706B (zh) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101760706B (zh) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101942580B (zh) * | 2010-09-30 | 2011-12-21 | 中南大学 | 一种制备多孔非晶态合金块体材料的粉末热成形方法 |
| CN104674045B (zh) * | 2015-02-15 | 2017-03-08 | 北京航空航天大学 | 一种纳米多孔银合金材料及其制备方法 |
| CN106282615B (zh) * | 2015-06-12 | 2018-12-07 | 中国科学院金属研究所 | 一种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法 |
| CN106282620B (zh) * | 2015-06-12 | 2018-12-07 | 中国科学院金属研究所 | 一种通过添加形核剂制备具有弥散型复合凝固组织Al-Bi合金的方法 |
| CN106282632B (zh) * | 2015-06-12 | 2018-12-07 | 中国科学院金属研究所 | 一种通过添加形核剂制备具有弥散型复合凝固组织Al-Pb合金的方法 |
| CN106982008A (zh) * | 2016-01-18 | 2017-07-25 | 华中科技大学 | 一种蒸发诱导流质发电装置 |
| CN108707922A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-26 | 北京科技大学 | 一种柔性纳米多孔/非晶复合材料及其制备方法 |
| CN109468512B (zh) * | 2018-12-06 | 2020-01-31 | 太原理工大学 | 一种表面多孔镁合金的制备方法 |
| CN110146531B (zh) * | 2019-05-22 | 2022-07-01 | 中山大学 | 一种大尺寸双连续多孔泡沫铋及其制备方法 |
| CN110408849B (zh) * | 2019-08-22 | 2020-07-14 | 东北大学 | 一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料及其制备方法 |
| CN112442616A (zh) * | 2019-09-03 | 2021-03-05 | 天津大学 | 一种高硬度铝基纳米晶合金及其制备方法 |
| CN111455292A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-07-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种非晶合金材料、其制备方法和应用 |
| CN112207285B (zh) * | 2020-03-12 | 2022-05-20 | 赵远云 | 粉体材料的制备方法及其应用 |
| DE102020204442B3 (de) * | 2020-04-06 | 2021-02-04 | Magna powertrain gmbh & co kg | Getriebeanordnung mit einem Dämpfungselement |
| CN114619724A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 南京航空航天大学 | 一种耐高温结构吸波复合材料及其制备方法 |
| CN114570367A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-03 | 华中科技大学 | 一种三维多孔非晶合金催化剂的制备方法、产品及应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101050491A (zh) * | 2007-03-16 | 2007-10-10 | 北京科技大学 | 一种电化学腐蚀金属丝制备多孔块体金属玻璃的方法 |
| CN101182605A (zh) * | 2007-12-12 | 2008-05-21 | 昆明理工大学 | 一种细晶泡沫铝合金的制备方法 |
| CN101220444A (zh) * | 2007-01-12 | 2008-07-16 | 中国科学院金属研究所 | 晶态合金球形粒子/非晶态合金基复合材料及其制备方法 |
-
2008
- 2008-12-24 CN CN 200810230098 patent/CN101760706B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101220444A (zh) * | 2007-01-12 | 2008-07-16 | 中国科学院金属研究所 | 晶态合金球形粒子/非晶态合金基复合材料及其制备方法 |
| CN101050491A (zh) * | 2007-03-16 | 2007-10-10 | 北京科技大学 | 一种电化学腐蚀金属丝制备多孔块体金属玻璃的方法 |
| CN101182605A (zh) * | 2007-12-12 | 2008-05-21 | 昆明理工大学 | 一种细晶泡沫铝合金的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101760706A (zh) | 2010-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101760706B (zh) | 一种铝基微/纳米多孔非晶合金材料及其制备方法 | |
| CN100569984C (zh) | 晶态合金球形粒子/非晶态合金基复合材料及其制备方法 | |
| Luo et al. | Nucleation and growth of nanoporous copper ligaments during electrochemical dealloying of Mg-based metallic glasses | |
| WO2017076369A1 (zh) | 一种高强韧双尺度结构钛合金及其制备方法与应用 | |
| Otooni | Elements of rapid solidification: fundamentals and applications | |
| WO2021104219A1 (zh) | 一种含铝合金粉体的制备方法及其应用及一种合金条带 | |
| JP2008537763A (ja) | 金属複合材料およびこれを形成する方法 | |
| CN100560775C (zh) | 非晶态合金球形粒子/晶态合金基复合材料及其制备方法 | |
| WO2021179677A1 (zh) | 粉体材料的制备方法及其应用 | |
| JP3967728B2 (ja) | 複合磁性材料及びその製造方法 | |
| JP2023544559A (ja) | 合金粉末、及び、その製造方法、並びに、用途 | |
| Yun et al. | Investigation on the modification behavior of A356 alloy inoculated with a Sr-Y composite modifier | |
| Zeng et al. | Preparation of nanoporous CoCr alloy by dealloying CrCoNi medium entropy alloys | |
| CN101397644B (zh) | 一种Ti基大块非晶合金及其生产方法 | |
| CN100560776C (zh) | 非晶态合金球形粒子/非晶态合金基复合材料及制备方法 | |
| Yao et al. | Pd-Si binary bulk metallic glass | |
| Inoue et al. | Improved mechanical properties of bulk glassy alloys containing spherical pores | |
| Ding et al. | Preparation of a Pd-Cu-Si bulk metallic glass with a diameter up to 11 mm | |
| Prince Sharma et al. | Magnesium containing high entropy alloys | |
| CN105132835A (zh) | (Ti-Cu-Ni-Zr)-Sn系非晶复合材料及其制备方法 | |
| CN111036913A (zh) | 一种预合金化3d成形高熵合金多孔材料及其制备方法 | |
| Zeng et al. | Preparation of bulk Cu-W interpenetrating-phase composites by liquid metal dealloying | |
| ZHANG et al. | High-temperature oxidation behavior of Cu64Zr36 metallic glass powders | |
| Geng et al. | Growth mechanism of an icosahedral quasicrystal and solute partitioning in a Mg-rich Mg–Zn–Y alloy | |
| CN104213054A (zh) | 液相分离双相块体金属玻璃材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130403 Termination date: 20131224 |