CN101850403A - 通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及Al基块状非晶合金制备的技术，具体为一种通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法。本发明采用铜模浇铸的方法，通过在温度高于液相线温度约200～300K对合金熔体进行处理，有效消除合金熔体中的团簇和高温相，以免它们作为异质形成质点，随后冷却至合金液相线温度以上50～100K左右，靠近合金的玻璃转变温度，提高合金熔体的冷却速率，抑制低温相的Fcc-Al的析出，最后使得合金的非晶形成能力得到提高。本发明开发了一种改善Al基块状非晶合金非晶形成能力的新方法，该方法工艺简便易行且实用有效，可以明显改善Al基合金的非晶形成能力，极大推进了Al基块状非晶合金的研究和应用。
Description
技术领域
本发明涉及Al基块状非晶合金制备的技术，具体为一种通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法。
背景技术
块状非晶合金由于其优异的性能，受到了研究者们的广泛关注，相继在Pd-、Zr-、La-和Cu-基合金体系中成功获得了厘米级及以上的块状非晶合金。同时，由于Al基非晶合金具有低密度和高比强度以及潜在的航空航天应用，研究者们也极为重视Al基非晶的研究。截止目前，Al基非晶样品主要是薄带，人们仍然没有获得大于或者等于1mm的Al基块状非晶态合金。正是由于样品尺寸的限制，关于Al基非晶合金的研究，主要集中于合金的非晶形成能力、晶化行为和力学行为等，力学行为指的是拉伸的性能。这无疑大大限制了Al基非晶合金的进一步发展和应用，使得人们对Al基非晶合金的认识无法进一步深入下去。Al基合金的较低的玻璃形成能力主要归因于平衡相中Fcc-Al(面心立方Al)具有极强的析出倾向，要有足够高的冷却速率才能抑制该晶态相的析出。另外，合金溶体中原子团簇和高温相的存在，二者容易成为异质核心，促进晶态相的析出。因此，针对Al基非晶合金凝固的这种行为，设计一种改善Al基合金非晶形成能力的方法具有重要意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法。该方法工艺简便易行且实用有效，可以明显改善Al基合金的非晶形成能力。
本发明的技术方案是：
一种通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法，采用铜模浇铸来制备块状非晶合金样品，通过在温度高于液相线温度约200～300K时对合金熔体进行保温处理，保温时间0～15秒，从而有效消除合金熔体中的团簇和高温相，以免它们作为异质形成质点；随后，冷却至合金液相线温度以上50～100K左右，使之靠近合金的玻璃转变温度，保温时间0～15秒，从而提高了合金熔体的冷却速率，抑制低温相的Fcc-Al的析出，最终提高Al基合金的玻璃形成能力；接着，进行铜模浇铸，其具体工艺参数如下：真空度10-3～10-4Pa，冷却速度102～106K/s。
所制备的块状非晶合金形成能力指标如下：
本发明适用大多数Al基块状非晶合金，可以获得直径超过0.7mm的纯非晶棒，如：直径分别为0.75mm的Al-Ni-Y和1mm的Al-Ni-La块状非晶合金圆棒等。
本发明中能够形成块状非晶的Al基合金熔体具有强烈的形成局域有序结构的倾向，这些局域有序结构可以在凝固过程中遗留或充当异质形核的核心而长大，AlNiY和Al-Ni-La三元合金平衡态下的Fcc-Al晶态相极易析出。本发明方法通过控制熔化温度消除局域有序结构或高温相，随后降温至合金液相线温度以上50～100K左右，靠近合金的玻璃转变温度，提高合金熔体的冷却速率，抑制低温相的Fcc-Al的析出，最后提高Al基合金的非晶形成能力。
本发明提供的改善Al基合金非晶形成能力的方法机理是：
本发明通过高温下的熔体处理，消除Al基合金熔体中的局域有序结构和高温相以防止二者转变为异质晶核，随后降低温度以提高冷却速率，进而抑制低温相Fcc-Al的析出。通过该方法使得非晶相析出能力能够在凝固过程中完全超过晶态相的析出，最终获得纯Al基块状非晶合金。
本发明具有的优点：
1、本发明采用了调控熔体温度的铜模铸造工艺，工艺简便易行且实用有效。
2、本发明能适用大多数Al基块状非晶合金，通过本发明方法使合金可以获得直径超过0.7mm的纯非晶棒，从而进一步促进和发展Al基块状非晶合金。
附图说明
图1a直径为1mm的Al基块状非晶合金SEM图片。
图1b淬态Al基非晶合金条带、板和棒以及母合金的XRD曲线。
图2a淬态Al基非晶合金条带、板和棒的低温DSC曲线。
图2b淬态Al基非晶合金条带的高温DSC曲线。
图3直径为0.75mm的Al85.5Ni9.5La5非晶棒的压缩曲线。
图4a-c压缩试样的断口和侧面形貌的SEM图片；其中，图4a为压缩试样低倍SEM照片；图4b为压缩试样断开表面的微观形貌；图4c为压缩试样侧面局部区域的SEM照片。
具体实施方式
以下通过实施例详述本发明。
实施例1
选择的Al基非晶合金为Al85.5Ni9.5La5(角标为元素的原子百分比)。
本发明Al85.5Ni9.5La5母合金的冶炼方法为常规技术，本实施例母合金冶炼具体工艺参数与过程如下：本实施例所用的原材料分别为Al、Ni、La高纯金属(纯度不低于99.9wt.％)；母合金锭采用电弧熔炼，首先将工作腔抽真空至10-3～10-4Pa，然后再通入高纯氩气(纯度为99.99wt.％)进行熔炼；熔炼合金之前，首先将电弧炉中的Ti金属锭熔化，通过氧化反应形成氧化钛以进一步降低工作腔内氧的分压；为保证合金铸锭的成分尽可能均匀，每个合金铸锭均需要翻炼3～5次；将合金铸锭压碎成小块，将一定质量的小块合金放入底部带有小孔(直径1～1.5mm)的石英管内后，将工作腔抽真空至10-3～10-4Pa，再进行感应熔炼。控制合金熔体温度，熔炼温度为1400K，保温时间5秒，随后冷却至浇铸温度为1200K，保温时间2秒，接着进行铜模浇铸。用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模或者旋转的铜辊，获得直径为0.75mm、1mm棒状和30μm厚带状样品，冷却速度约102～106K/s。
如图1a、图1b、图2a、图2b所示，用X射线和差示扫描量热分析不同尺寸样品的结构和热力学行为，可知三种样品都表现为纯非晶结构。
如图3、图4a-c所示，0.75mm棒状试样的室温压缩试验表明，获得的Al85.5Ni9.5La5非晶合金表现出良好的压缩性能，压缩断裂强度达到1180MPa，并具有大约3％的塑性变形，断裂行为表现出典型的纯块状非晶合金的断裂特征。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
选择的Al基非晶合金为Al84.5Ni5.5Y10(角标为元素的原子百分比)。熔炼温度为1400K，保温时间6秒，随后冷却至浇铸温度为1300K，保温时间2秒，接着进行铜模浇铸。用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模，获得直径为0.75mm棒状样品，冷却速度约102K/s，压缩断裂强度约为1150MPa。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
选择的Al基非晶合金为Al85Ni5Y10(角标为元素的原子百分比)。熔炼温度为1400K，保温时间3秒，随后冷却至浇铸温度为1300K，保温时间2秒，接着进行铜模浇铸。用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模，获得直径为0.75mm棒状非晶样品，冷却速度约102K/s。
实施例结果表明，本发明方法方法简便易行且实用有效，可以明显改善Al基块状非晶合金的非晶形成能力，也适合其它易形成非晶的合金体系。本发明开发了一种改善Al基块状非晶合金非晶形成能力的新方法，极大推进了Al基块状非晶合金的研究和应用。
Claims (3)
1.一种通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法，其特征在于：采用铜模浇铸的方法，通过在温度高于液相线温度约200～300K时对合金熔体进行处理，保温时间0～15秒；随后冷却至合金液相线温度以上50～100K，保温时间0～15秒；接着，进行铜模浇铸。
2.按照权利要求1所述的通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法，其特征在于，铜模浇铸具体工艺参数如下：真空度10-3～10-4Pa，冷却速度102～106K/s。
3.按照权利要求1所述的通过调控熔体温度改善Al基合金非晶形成能力的方法，其特征在于：采用该方法获得直径分别为0.75mm的Al-Ni-Y和1mm的Al-Ni-La块状非晶合金圆棒。
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