CN104178706B - 具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金 - Google Patents
具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104178706B CN104178706B CN201410441599.2A CN201410441599A CN104178706B CN 104178706 B CN104178706 B CN 104178706B CN 201410441599 A CN201410441599 A CN 201410441599A CN 104178706 B CN104178706 B CN 104178706B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- liquid phase
- metal glass
- block metal
- glass
- 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.)
- Active
Links
Abstract
具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金,属于新材料技术领域。具体成分表达式为AlaNibCocFedAgeErfLag,式中a、b、c、d、e、f和g分别表示各对应元素的原子百分比,其中2≤b≤9,0≤c≤3,0≤d≤6,0≤e≤3,2≤f≤7,0≤g≤4,且满足a+b+c+d+e+f+g=100,6≤b+c+d≤10和5≤f+g≤9。该合金具有大的玻璃形成能力,通过铜模铸造法可制备得到临界直径达1.2mm的块体金属玻璃合金棒材;该合金还同时具有26~40℃的过冷液相区间和良好的力学性能,断裂强度为1.11~1.24GPa,比强度为319~348kN·m/kg,塑性应变为0.1%~0.4%,维氏硬度为362~385。
Description
技术领域:
本发明属于新材料技术领域,涉及一种具有大过冷液相区间的含Er的Al基块体金属玻璃合金。
技术背景:
金属玻璃(非晶合金)是指固态下原子排列具有短程有序而长程无序的金属合金。由于金属玻璃独特的微观结构,致使其具有优异的力学性能和物理、化学性能,如高强度、高硬度、良好耐腐蚀性,以及在过冷液相区间内的粘性流动特性等,是一类新型的结构材料或功能材料。
在已经发现的众多金属玻璃合金系中,Al基金属玻璃表现出高比强度、高韧性和良好的耐蚀性等特点,作为轻质高强度结构材料在航空航天、轻型化运输工具等领域有着潜在应用。目前人们在Al-TM-RE(TM:过渡族金属元素,RE:稀土元素)大类的多个合金系(如:Al-Ni-Co-Y-La、Al-Ni-Ce-La等)中发现了Al基非晶合金。然而,与其他非晶合金系(如Zr基、Cu基、La基等)相比,Al基非晶合金的玻璃形成能力相对较低,用通常的铜模铸造法难以制备出大尺度的非晶合金,其临界尺寸一般在几十至数百微米,如:Al86Ni9La5非晶合金的临界尺寸为780μm,Al85Ni5Y8Co2合金的临界尺寸为900μm。2009年,【中国专利200910010727.7,一种超高比强度和良好塑性铝基块体金属玻璃及其制备方法】公开了一种原子百分比组成为:Ni 1~8、Co 0.5~2、Y 1~6、La 0.5~2,余量为Al的Al基块体金属玻璃,其临界尺寸达到1mm。但到目前为止,没有临界尺寸超过1mm的Al基金属玻璃被报道。过低的玻璃形成能力使得Al基金属玻璃的应用范围受到了制约。
如果能利用Al基金属玻璃在其过冷液相区的粘性流动特性,可以通过粉末烧结、3D打印等技术实现Al金属玻璃的大块体化,克服其玻璃形成能力差的不足。此外,还可利用超塑性成形与加工技术批量生产高比强度的微小型结构元器件,这可进一步拓宽Al基金属玻璃的应用领域。作为超塑性加工用金属玻璃,除具有大的临界尺寸外,还需具备较低的玻璃转变温度(Tg)和宽的过冷液相区间ΔTx(ΔTx=Tx-Tg,Tx:结晶化温度),以便于实现超塑性加工。但目前人们发现的Al基非晶合金大都无明显Tg,不显示过冷液相区间,或ΔTx低于20℃,这将导致合金在过冷液相区内尚未达到较低的粘度便发生结晶化,不适合进行过冷液相区内的烧结或超塑性加工成形。因此,研制具有大玻璃形成能力和宽过冷液相区间的Al基金属玻璃合金是当前金属玻璃研究领域的重要课题之一。
发明内容:
本发明针对目前Al基金属玻璃发展的不足,提供了一种含Er的Al基块体金属玻璃合金。该金属玻璃合金具有高的玻璃形成能力,通过铜模铸造法制备得到临界直径达1.2mm的块体金属玻璃合金棒材。而且,通过气雾化法可以制备得到粒径为38μm的金属玻璃粉末。该金属玻璃合金兼具宽的过冷液相区间,ΔTx为26~40℃。该金属玻璃合金还具有良好的力学性能,断裂强度为1.11~1.24GPa,比强度为319~348kN·m/kg,塑性应变为0.1%~0.4%,维氏硬度为362~385。
本发明的技术方案如下:
具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金,具体成分表达式为AlaNibCocFedAgeErfLag,式中a、b、c、d、e、f和g分别表示各对应元素的原子百分比,其中2≤b≤9,0≤c≤3,0≤d≤6,0≤e≤3,2≤f≤7,0≤g≤4,且满足a+b+c+d+e+f+g=100,6≤b+c+d≤10和5≤f+g≤9。其典型成分为Al85Ni6.8Co2.2Er4La2。
本发明的效果和益处是:
本发明提供的Al基块体金属玻璃合金具有大的玻璃形成能力,本发明提供的Al基金属玻璃合金还采用铜模铸造可获得临界直径为1.2mm的块体金属玻璃棒材,突破了目前Al基金属玻璃临界直径不大于1mm的限制。此外,通过气雾化法还可以制备得到粒径为38μm的金属玻璃粉,可后续采用粉末烧结、3D打印等技术实现大块体化。
本发明提供的Al基块体金属玻璃合金具有低的玻璃转弯温度,Tg为219~310℃、宽的过冷液相区间,ΔTx为26~40℃,有利于合金在过冷液相区间内进行超塑性加工和粉末的固化成形。
本发明提供的Al基块体金属玻璃合金具有良好的力学性能,断裂强度为1.11~1.24GPa,比强度为319~348kN·m/kg,塑性应变为0.1%~0.4%,维氏硬度为362~385,有作为新型轻质结构材料的应用潜力。
附图说明:
图1是Al85Ni6.8Co2.2Er4La2合金(实施例1)制备的粒径为38μm的金属玻璃粉和直径为1.2mm的金属玻璃棒材横截面的x射线衍射图。
图2是Al85Ni6.8Co2.2Er4La2(实施例1)、Al85Ni5Co2Er6La2(实施例5)和Al85Ni6Co2Er5La2(实施例6)金属玻璃合金在加热速率为0.67K/s下的差式扫描量热(DSC)曲线。
图3是直径为1mm的Al85Ni6.8Co2.2Er4La2(实施例1)金属玻璃棒状样品在应变速率为1×10-4s-1下的室温压缩应力应变曲线。
图4是直径为1mm的Al85Ni6.8Co2.2Er4La2(实施例1)金属玻璃棒状样品进行压缩断裂后样品断面的扫描电镜图。
具体实施方式:
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
Al85Ni6.8Co2.2Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
步骤一:采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料。
步骤二:母合金锭制备:将配比好的原料放入非自耗电弧炉的铜坩埚内,抽真空至2×10-3Pa,充入氩气后开电弧熔炼并反复熔炼合金4遍,得到成分均匀的母合金锭。
步骤三:金属玻璃粉末制备:将母合金锭装入制粉设备内,抽真空至2×10-3Pa,充入氩气,通过高频感应熔炼加热母合金至熔化状态。开启喷射开关,使熔融的金属液体经过高压氩气,利用高压气体将合金液体喷成雾状,冷却后形成粉末。最后采用筛子筛选不同粒径的粉末并收集。
金属玻璃棒材制备:将母合金锭切成小块后装入底部带有小孔的石英管中,抽真空至2×10-3Pa,充入氩气,通过高频感应熔炼加热母合金至熔化状态,开启喷射开关,利用高压气体将合金液体喷入铜模内,制得直径为1、1.2和1.5mm的金属玻璃棒状样品。
合金性能检测实施步骤如下:
(1)采用X射线衍射(XRD)(Cu Kα辐射,波长λ=0.15406nm)检测金属玻璃的结构。图1是制备的直径为38μm的金属玻璃粉和直径为1.2mm的金属玻璃棒材横截面的XRD图。从图中可以看出制备的金属玻璃棒状样品为单一非晶结构。
(2)采用差示扫描量热仪(DSC)评价金属玻璃的热性能。图2中显示了实施例1合金在加热速率为0.67K/s下的DSC曲线,通过曲线可以标定该金属玻璃的玻璃转变温度(Tg)为260℃,结晶化温度(Tx)为294℃,过冷液相区间(ΔTx=Tx-Tg)为34℃。
(3)采用单轴压缩试验机测试金属玻璃的力学性能。图3中显示了实施例1合金制备的直径为1mm金属玻璃棒状样品在应变速率为1×10-4s-1下的室温压缩应力应变曲线。该金属玻璃的屈服强度为1.15GPa,断裂强度1.20GPa,断裂比强度为338kN·m/kg(合金密度由阿基米德排水法测得为3.55g/cm3),塑性应变为0.3%。
(4)采用显微硬度计测试了该金属玻璃合金的维氏硬度,为381。
实施例2
Al85Ni6.8Co2.2Er3La3块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例3
Al86Ni6Co2Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例4
Al87Ni5Co2Er3La3块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例5
Al85Ni5Co2Er6La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例6
Al85Ni6Co2Er5La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例7
Al84.5Ag0.5Ni6.8Co2.2Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ag、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例8
Al83Ag3Ni6Co2Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ag、Ni、Co、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例9
Al85Ni7Fe2Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Fe、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例10
Al86Ni2Fe6Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Fe、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例11
Al86Ni8Er2La4块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例12
Al86Ni8Er4La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例13
Al85Ni7Er6La2块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Er和La原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
实施例14
Al85Ni5Co2Er8块体金属玻璃合金的制备、结构和性能检测:
(1)采用纯度大于95wt.%的Al、Ni、Co和Er原料按成分表达式进行配料;
(2)母合金锭制备、金属玻璃粉末和棒材制备以及合金性能检测实施步骤同实施例1,详细数据列在附表中。
附表:本发明提供的Al基金属玻璃合金和比较例的玻璃转变温度Tg、过冷液相区间ΔTx(结晶化温度与玻璃转变温度之差)、样品临界尺寸dc、断裂强度(σf)、比强度(σ/ρ)、塑性应变(ε)和维氏硬度(Hv)。
比较例
比较1、比较2和比较3均选自【中国专利200910010727.7,一种超高比强度和良好塑性铝基块体金属玻璃及其制备方法】和文献【Yang B J et al,Phil.Mag.,90(2010),3215】,该合金的临界尺寸为1mm,但其ΔTx仅为6~15℃,远小于本发明中提供的合金。比较例4选自文献【Yang B J et al,Phil.Mag.,90(2010),3215】,该合金不具有Tg和过冷液相区间。
Claims (3)
1.具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金,其特征在于:具体成分表达式为AlaNibCocFedAgeErfLag,式中a、b、c、d、e、f和g分别表示各对应元素的原子百分比,其中2≤b≤9,0≤c≤3,0≤d≤6,0≤e≤3,2≤f≤7,0≤g≤4,且满足a+b+c+d+e+f+g=100,6≤b+c+d≤10和5≤f+g≤9。
2.根据权利要求1所述的具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金,其特征在于:所述的金属玻璃合金的典型成分为Al85Ni6.8Co2.2Er4La2。
3.根据权利要求1所述的具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金,其特征在于:合金具有26~40℃的过冷液相区间。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410441599.2A CN104178706B (zh) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | 具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410441599.2A CN104178706B (zh) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | 具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104178706A CN104178706A (zh) | 2014-12-03 |
CN104178706B true CN104178706B (zh) | 2016-08-24 |
Family
ID=51960043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410441599.2A Active CN104178706B (zh) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | 具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104178706B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5397403A (en) * | 1989-12-29 | 1995-03-14 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | High strength amorphous aluminum-based alloy member |
CN101298651A (zh) * | 2008-06-25 | 2008-11-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金及其制备方法 |
CN101338391A (zh) * | 2008-08-11 | 2009-01-07 | 北京航空航天大学 | 一种具有高强度高延韧性快速凝固块体铝合金及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2799642B2 (ja) * | 1992-02-07 | 1998-09-21 | トヨタ自動車株式会社 | 高強度アルミニウム合金 |
JP4515596B2 (ja) * | 2000-05-09 | 2010-08-04 | 株式会社東芝 | バルク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法、および高強度部材 |
-
2014
- 2014-09-01 CN CN201410441599.2A patent/CN104178706B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5397403A (en) * | 1989-12-29 | 1995-03-14 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | High strength amorphous aluminum-based alloy member |
CN101298651A (zh) * | 2008-06-25 | 2008-11-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金及其制备方法 |
CN101338391A (zh) * | 2008-08-11 | 2009-01-07 | 北京航空航天大学 | 一种具有高强度高延韧性快速凝固块体铝合金及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104178706A (zh) | 2014-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103334065B (zh) | 高熵非晶合金材料及其制备方法 | |
Kim et al. | Microstructure and mechanical properties of Cu-based bulk amorphous alloy billets fabricated by spark plasma sintering | |
CN107779683B (zh) | 一种Al基非晶合金及其制备方法 | |
Dudina et al. | A magnesium alloy matrix composite reinforced with metallic glass | |
Yuan et al. | Microstructure and properties of Al-based metal matrix composites reinforced by Al60Cu20Ti15Zr5 glassy particles by high pressure hot pressing consolidation | |
CN103938132B (zh) | 一种具有强玻璃形成能力的锆基非晶合金 | |
Xie et al. | Formation and properties of two-phase bulk metallic glasses by spark plasma sintering | |
Chen et al. | Viscous flow during spark plasma sintering of Ti-based metallic glassy powders | |
Long-Chao et al. | Ductile bulk aluminum-based alloy with good glass-forming ability and high strength | |
Lee et al. | Effect of powder size on the consolidation of gas atomized Cu54Ni6Zr22Ti18 amorphous powders | |
CN106244946B (zh) | 一种含钼的高强塑性锆基非晶合金及制备方法 | |
CN104178705B (zh) | Ce-Ga-Cu-Al系大块非晶合金 | |
Jaroszewicz et al. | Preparation of a TiB2 composite with a nickel matrix by pulse plasma sintering with combustion synthesis | |
Xie et al. | Dual phase metallic glassy composites with large-size and ultra-high strength fabricated by spark plasma sintering | |
CN104178706B (zh) | 具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金 | |
Cho et al. | Formation of porous metallic glass compacts by electro-discharge sintering | |
Zhao et al. | Fabrication of Cu-riched W–Cu composites by combustion synthesis and melt-infiltration in ultrahigh-gravity field | |
CN102912259A (zh) | 一种锆基金属玻璃内生复合材料及其制备方法 | |
CN103911562B (zh) | 具有宽过冷液相区的无磷钯基块体金属玻璃及其制备方法 | |
CN103451577B (zh) | 准晶颗粒强化的镁基非晶合金内生复合材料及其制备方法 | |
CN1188540C (zh) | 低密度块状金属玻璃 | |
CN101347830A (zh) | 一种通过控制凝固条件改善块状非晶合金塑性的方法 | |
Li et al. | Effects of the cooling rate on the plasticity of Pd40. 5Ni40. 5P19 bulk metallic glasses | |
Xie et al. | Consolidation behavior of Cu-Zr-Al metallic glass powder by spark plasma sintering | |
Méar et al. | Spark plasma sintering of Mg-based amorphous ball-milled powders |
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 |