CN101838780A

CN101838780A - 一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101838780A
Application number: CN 201010195974
Authority: CN
Inventors: 刘祖铭; 张刘杰; 黄伯云; 刘咏; 朱艺添; 吴宏; 杜勇
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2010-09-22

Abstract

一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金，其成分为：Al₈₄Ni₁₀Ce_(6-x)La_x(x＝1～6，at.％)、Al₈₄Ni_(10-y)Ce₆La_y(y＝1～3，at.％)和Al_(84-z)Ni₁₀Ce₆La_z(z＝1～3，at.％)。制备所述Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的方法，是按照合金名义成分配料后，在氩气保护下经真空电弧熔炼或真空感应熔炼制备母合金；在Ar气保护下甩带制备非晶带，甩带时铜辊最小线速度为10m/s，熔体喷射压力为0.07MPa～0.08MPa，真空度为2Pa～10^-1Pa。本发明组分配比合理、具有强非晶形成能力，制备方法简单，真空度要求低。

Description

一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种具有强非晶形成能力的Al-Ni-Ce-La四元系铝基非晶态合金及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

铝基非晶合金因为具有高强度、高塑性、低密度，良好的弹性和韧性、耐腐蚀和耐磨性能，在航空航天、轻型化运输工具、石油、化工等领域有着广泛的应用前景，自1988年He[Y.He，S.J.Poon，G.J.Shiflet.Science 241(1988)1640-1642]；Inoue[A.Inoue，K.Ohtera，A.-P.Tsai，T.Masumoto.Jpn J Appl Phys 27(1988)L280-L282；L479-L482；L736-L739]采用快速凝固方法制备出铝基非晶态合金以来，受到了广泛的关注。但与其他合金体系(如锆基、钯基、铁基、镧基等)相比，铝合金的非晶形成能力较差，目前Al基合金制备的非晶态结构材料体积小，由于尺寸问题而无法获得应用。为了制备块体铝基非晶态合金材料，开展了许多研究工作，主要包括两个方面，一是研究新的制备方法，如粉末冶金方法制备大块铝基非晶[刘祖铭，刘咏，黄伯云，黄劲松，郭晟，杜勇.粉末冶金技术，2008，26(2)：115-120]，二是发展新型铝基非晶态合金，希望获得能制备大块铝基非晶的合金成分。中国专利，CN03111967.0，一种铝基非晶合金及其制备方法，采用线速度为30～55m/s的铜辊甩带制备了Al-Mg-Ce非晶合金；中国专利，200310118908.4，铝基非晶合金及其制备方法，公开了一种原子百分比组成为：Ni8～10％，Zr3～7％，Cu1～5％，Y1～3％，其余为Al的铝基非晶态合金，在熔体喷射压力为0.03～0.05MPa，最低制备线速度为23m/s的条件下，制备出了铝基非晶合金。这些研究成果拓展了铝基非晶的合金体系，对铝基非晶态合金的发展有重要意义。但由于铝合金的非晶形成能力较差，熔体凝固直接制备块体铝基非晶态合金材料还很困难。因此，提高铝基合金的非晶形成能力，是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有合金之不足而提供一种组分配比合理、具有强非晶形成能力的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金及其制备方法。

本发明一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金，按原子百分比，其成分为：Al₈₄Ni₁₀Ce_(6-x)La_x(x＝1～6，at.％)、Al₈₄Ni_(10-y)Ce₆La_y(y＝1～3，at.％)和Al_(84-z)Ni₁₀Ce₆La_z(z＝1～3，at.％)。

本发明一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的制备方法，包括以下步骤：

第一步：配料

选用纯金属，按照名义成分Al₈₄Ni₁₀Ce_(6-x)La_x(x＝1～6，at.％)、Al₈₄Ni_(10-y)Ce₆La_y(y＝1～3，at.％)或Al_(84-z)Ni₁₀Ce₆La_z(z＝1～3，at.％)配料；

第二步：制备母合金

将第一步配好的合金原料用真空电弧炉熔炼3～6次，同时进行电磁搅拌，制得熔炼均匀的母合金锭；或用真空感应熔炼炉在Ar保护气氛中熔炼制得母合金；

第三步：甩带制备非晶带

将第二步制备的母合金经打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加热重熔，待母合金完全熔化后，将合金熔体喷射到旋转的铜辊表面冷却制得非晶带；加热重熔和甩带过程在Ar气保护气氛中进行，石英管下端与铜辊表面相距1mm～2mm；铜辊最小线速度为10m/s，熔体喷射压力为0.07MPa～0.08MPa，真空度为2Pa～10^-1Pa。

本发明的优点和积极效果：

(1)本发明提出的一种Al-Ni-Ce-La系四元铝基非晶态合金，通过添加大尺寸原子Ce和La，提高了无序密堆结构的致密程度，增加合金黏度、降低原子扩散系数，抑制晶核的形成，提高了合金的玻璃形成能力，La的加入有效提高了熔体的抗氧化能力；

(2)本发明提出的一种Al-Ni-Ce-La合金体系，非晶形成能力强，冷却速率低，铜辊最低线速度为10m/s的条件下，甩带制备出完全非晶态合金；

(3)本发明提出的一种Al-Ni-Ce-La四元系铝基非晶态合金，成分和制备方法简单，真空度要求低。

(4)可采用工业纯金属Al、Ni、Ce和La作为原料，原材料的纯度要求低。

综上所述，本发明组分配比合理、具有强非晶形成能力，制备方法简单，冷却速率要求低。

附图说明

附图1是本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的X射线衍射(XRD)分析结果。

附图2是本发明实施例4、5、6、7制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的X射线衍射(XRD)分析结果。

附图3是本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的热稳定性分析(DSC)结果，升温速率为20K/min。

附图1中：

曲线1为实施例1制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果；

曲线2为实施例2制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。

曲线3为实施例3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。

根据附图1的XRD分析结果，本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材均为非晶态结构。

附图2中：

曲线4为实施例4制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果；

曲线5为实施例5制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。

曲线6为实施例6制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。

曲线7为实施例7制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。

根据附图2的XRD分析结果，本发明实施例4、5、6、7制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材均为非晶态结构。

附图3中：

曲线8为实施例1制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的DSC结果，铜辊线速度为10m/s；

曲线9为实施例2制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的DSC结果，铜辊线速度为10m/s；

曲线10为实施例3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的DSC结果，铜辊线速度为10m/s。

根据附图3的示差扫描量热仪进行的热稳定性分析结果，表明本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔTx。

具体实施方式

本发明采用纯金属为原料，制备出多种Al-Ni-Ce-La体系非晶态合金，下面结合典型实例对本发明做进一步说明。

实施例1：制备成分为Al₈₄Ni₁₀Ce₄La₂(x＝2，at.％)的非晶态合金

第一步：配料

选用纯金属，按照名义成分Al₈₄Ni₁₀Ce₄La₂(x＝2，at.％)配料。配料时应机械打磨除去纯金属原料表面的污染层，然后用酒精和丙酮混合溶液清洗并风干。

第二步：制备母合金

将第一步配好的合金原料用真空电弧炉熔炼3～6次，同时进行电磁搅拌，制得熔炼均匀的母合金锭，真空度为10^-3Pa；或用真空感应熔炼炉在Ar保护气氛中熔炼制得母合金，真空度为10^-2Pa；

第三步：甩带制备非晶带

将第二步制备的母合金经表面打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加热重熔，真空度2Pa～10^-1Pa，待母合金完全熔化后，将母合金熔体喷射到旋转的铜辊表面冷却制得厚度为130μm的非晶带；加热重熔和甩带过程在Ar气氛中进行，石英管下端与铜辊表面相距1mm～2mm，铜辊线速度为10m/s，熔体喷射压力为0.07MPa～0.08MPa，真空度为2Pa～10^-1Pa；

第四步：利用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析，XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构；利用示差扫描量热仪进行热稳定性分析，结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔTx。

实施例2：制备成分为Al₈₄Ni₉Ce₆La(y＝1，at.％)的非晶态合金

按照名义成分Al₈₃Ni₁₀Ce₆La(y＝1，at.％)配料，然后按照实例1的方法和步骤制备得到成分为Al₈₄Ni₉Ce₆La非晶带，厚度为105μm。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔTx。

实施例3：制备成分为Al₈₃Ni₁₀Ce₆La(z＝1，at.％)的非晶态合金

按照名义成分Al₈₃Ni₁₀Ce₆La(z＝1，at.％)配料，然后按照实例1的方法和步骤制备得到成分为Al₈₃Ni₁₀Ce₆La非晶带，厚度为100μm。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度T_g和宽的过冷液相区ΔT_x。

实施例4：制备成分为Al₈₄Ni₁₀Ce₂La₄(x＝4，at.％)的非晶态合金

按照名义成分Al₈₄Ni₁₀Ce₂La₄(x＝4，at.％)配料，然后按照实例1的方法和步骤以20m/s制备得到成分为Al₈₄Ni₁₀Ce₂La₄非晶带。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔTx。

实施例5：制备成分为Al₈₄Ni₁₀La₆(x＝6，at.％)的非晶态合金

按照名义成分Al₈₄Ni₁₀La₆(x＝3，at.％)配料，然后按照实例1的方法和步骤制备得到成分为Al₈₄Ni₁₀La₆非晶带；XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构。DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔTx。

实施例6：制备成分为Al₈₄Ni₈Ce₆La₂(y＝2，at.％)的非晶态合金

按照名义成分Al₈₄Ni₈Ce₆La₃(y＝2，at.％)配料，然后按照实例1的方法和步骤以20m/s制备得到成分为Al₈₄Ni₈Ce₆La₂非晶带。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔTx。

实施例7：制备成分为Al₈₂Ni₁₀Ce₆La₂(z＝2，at.％)的非晶态合金

按照名义成分Al₈₂Ni₁₀Ce₆La₂(z＝2，at.％)配料，然后按照实例1的方法和步骤以20m/s制备得到成分为Al₈₂Ni₁₀Ce₆La₂(z＝2，at.％)非晶带。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度T_g和宽的过冷液相区ΔT_x。

Claims

1.一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金，其成分为：Al₈₄Ni₁₀Ce_(6-x)La_x(x＝1～6，at.％)、Al₈₄Ni_(10-y)Ce₆La_y(y＝1～3，at.％)或Al_(84-z)Ni₁₀Ce₆La_z(z＝1～3，at.％)。

2.制备如权利要求1的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的方法，包括以下步骤：

第一步：配料

第二步：制备母合金

将第一步配好的合金原料用真空电弧炉熔炼3～6次，同时进行电磁搅拌，制得熔炼均匀的母合金；或用真空感应熔炼炉在Ar保护气氛中熔炼制得母合金；

第三步：甩带制备非晶带

将第二步制备的母合金经表面机械打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加热重熔，待母合金完全熔化后，将合金熔体喷射到旋转的铜辊表面冷却制得非晶带。

3.根据权利要求2所述的一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的制备方法，其特征在于：石英管下端与铜辊表面相距1mm～2mm；铜辊最小线速度为10m/s，熔体喷射压力为0.07MPa～0.08MPa，真空度为2Pa～10^-1Pa。