CN104388843A

CN104388843A - 一种Al-MR-TM-TE铝基非晶合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104388843A
Application number: CN201410808431.0A
Authority: CN
Inventors: 张建旗; 史鹏忠; 冯佃臣; 李文文; 那娜
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-03-04

Abstract

本发明公开了一种Al-MR-TM-TE铝基非晶合金及其制备方法，所述的MR为单一稀土元素或混合稀土，如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Y等；TM为过渡金属元素，如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W等；TE为微量元素，如B、Si、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te等。其非晶合金成分为：Al 85.0-92.0at.％，MR 4.0-9.0at.％，TM 3.0-12.0at.％，TE 0-1.0at.％。制备所述非晶态合金的方法，是按照名义成分配料后，经真空感应熔炼制备母合金；在Ar气保护下快速甩带制备非晶带材料，甩带时铜辊线速度在35-45m/s，熔体的喷射压力为0.1-0.3MPa，真空度为2-10^-3Pa。本发明组分配比合理、具有强非晶形成能力，制备方法简单，适用于工业化生产。

Description

一种Al-MR-TM-TE铝基非晶合金及其制备方法

技术领域

本发明属于非晶材料制备领域，具体涉及一种Al-MR-TM-TE铝基非晶合金多元铝合金及其制备方法。

背景技术

近年来，鉴于对航空、航天、国防、汽车、航海、军用、民用等运载工具的轻质化要求，工业发达国家在研究内容中都倾向于发展比强高，耐蚀性优异的轻质铝合金。然而相比传统铝合金，非晶铝合金具有高的比强、良好的韧性以及优异的耐腐蚀性能，其中以非晶铝合金为基体析出的弥散分布的纳米Al粒子或/和金属间化合物准晶相的非平衡复合结构材料，表现出诸多优异的综合力学性能。1987年，日本的Inoue研究小组成功获得了塑性优异的非晶合金系Al-Ni-Si[Inoue A,Bizen Y,Kimura H M,Yamamoto M,Tsai A P,MasumotoT.,J.Mater.Sci.Lett.,1987,(6):811]与Al-Ni-Ge(Al≥at.80％)[InoueA,Yamamoto M,Kimura HM,Masumoto T,J.Mater.Sci.Lett.,1987,(6):194]。之后Inoue小组先后报道了六种非平衡相组织的铝合金及其强度值。其中，由成分为Al₈₈Ni₁₉Ce₂Fe₁、组织为玻璃态母体均匀弥散直径为3-5nm、晶体结构为面心立方的铝纳米颗粒的铝合金材料，其断裂强度高达1560MPa，该值是传统AA2024、AA6065和AA7075铝合金断裂强度的3倍。因此，铝基非晶合金的开发应用具有十分重要的意义。因此，制备高强度、高塑性且大尺寸的非晶态铝合金成为当前此领域关键的目标。进一步寻找和设计具有更高的非晶形成能力的新合金体系，将是拓展铝基非晶态合金发展的一个重要方向。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种组分合理、工艺简单的铝基非晶态为基体的合金材料及制备方法。

为达上述目的，本发明一种Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其各组分的原子百分比为：Al 85.0-92.0at.％，MR 4.0-9.0at.％，TM 3.0-12.0at.％，TE 0-1.0at.％，其中所述MR为稀土元素或混合稀土，所述TM为过渡金属元素，所述TE为微量元素。

其中所述MR为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Y中的一种或两种以上任意比例的元素。

其中所述TM为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W。

其中所述TE为B、Si、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te。

其中所述铝基非晶合金组织具有急冷凝固组织，其凝固组织为完全均一的非晶态结构。

其中所述铝基非晶合金非晶带厚度为30-50um，宽为3-5mm，长为0.5-1.5m。

其中所述铝基非晶合金包括Al₈₆Ce_6.7Ni₃Co₄B_0.3和Al₈₆Ce₃Y₄Ni₄Co₃。

一种制备所述Al-MR-TM-TE铝基非晶合金的方法，包括以下步骤：

(1)、按合金最终各所述原子百分比称取各相应质量的金属单质；

(2)、在真空感应熔炼炉内放入所述各金属，熔炼过程反复进行5-9次，保证合金的熔化均匀，在Ar气保护下冷却为母合金锭，所述各金属在所述真空感应熔炼炉中的叠放顺序优选为密度大的金属放上面层，熔化时熔体能够形成对流；

(3)、将所述母合金锭放入石英管中，在Ar气保护下，用高频感应重熔后进行样品甩带，铜辊的线速度为35-45m/s，熔体的喷射温度为100-1200℃，喷射压力为0.1-0.3MPa，作为优选所述母合金锭在熔炼前先进行机械打磨去除其表面的氧化皮并反复依次采用无水正丁醇、丙酮和去离子水并在超声条件下进行清洗3次后风干待用。

其中所述各金属原料纯度分别为Al≥99.99％、MR≥99.99％、TM≥99.99％、TE≥99.99％。

其中所述各金属加入所述真空感应熔炼炉前先进行机械打磨表面并反复采用无水正丁醇、丙酮和去离子水并在超声条件下清洗3次后风干待用。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

(1)本发明中，由于MR、TM和TE均为添加剂，在合金成分中，利用不改变MR和TM总含量的基础上，增加组元元素提高铝的非晶形成能力。

(2)本发明得到的铝基非晶合金材料，表现出优异的耐蚀性能，适用于航天飞行器、导弹、非晶、船舶、汽车、军用和民用等设备的涂层材料。且方法简单，操作便捷，适用于工业化生产。

附图说明

图1为本发明提供的Al₈₆Ce₇Ni₃Co_3.9Si_0.1和Al₈₆Ce₃Y₄Ni₄Co₃铝基非晶合金的X射线衍射图；

图2为本发明提供的Al₈₆Ce₇Ni₃Co_3.9Si_0.1和Al₈₆Ce₃Y₄Ni₄Co₃铝基非晶合金的DSC曲线分析结果图，升温速率为20℃/min；

图3(a)和(b)为本发明提供的Al₈₆Ce₇Ni₃Co_3.9Si_0.1和Al₈₆Ce₃Y₄Ni₄Co₃铝基非晶合金的选区电子衍射图和明场像照片。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明的实施例采用纯金属块体Al、MR、TM和TE为原料，所述的MR为单一稀土元素或混合稀土，如La、Ce、Pr、Nd或Y等；TM为过渡金属元素，如Ti、V、Cr、如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Y等；TM为过渡金属元素，如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W等；TE为微量元素，如B、Si、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te等。制备出成分为Al-MR-TM-TE系铝基非晶合金。本发明采用的原料均为市售的高纯块状金属，按照质量分数其纯度分别为Al≥99.99％、MR≥99.99％、TM≥99.99％、TE≥99.99％。

实施例1

本实施例涉及一种Al₈₆Ce₇Ni₃Co_3.9Si_0.1非晶态合金及其制备方法。

(1)、依据合金成分Al₈₆Ce₇Ni₃Co_3.9Si_0.1原子百分比Al 86at.％，Ce 7at.％，Ni 3at.％，Co 3.9at.％，Si 0.1at.％，按照该合金的金属质量百分比Al 62.55wt.％，Ce 26.44wt.％，Ni 4.75wt.％，Co 6.21wt.％，Si 0.05wt.％，称取原料，依据合金熔炼烧损经验加入其组元合金保证名义合金配比。配料时纯金属经过机械打磨表面，并用丙酮和正丁醇交替清洗3次后风干待用；

(2)、在真空感应熔炼炉内按照密度不同放入各纯金属(密度大的放上面，熔化时熔体可形成对流)，熔炼过程反复进行5-9次，保证合金的熔化均匀，在Ar气保护下冷却为母合金锭；

(3)、所述母合金锭在熔炼前先进行机械打磨去除其表面的氧化皮并清洗；

(4)、将母合金锭放入石英管中，在氩气保护下，用高频感应重熔后进行样品甩带，铜辊的线速度为35-45m/s，熔体的喷射温度为1000-1200℃，喷射压力为0.1-0.3MPa。

按上述工艺制得的成分为Al₈₆Ce₇Ni₃Co₄条带(厚度为50um，宽为5mm，长为1米)，经XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构。图2给出了Al₈₆Ce₇Ni₃Co₄铝基非晶合金的DSC曲线分析结果图，升温速率为20℃/min。

实施例2

本实施例涉及一种Al₈₆Ce₃Y₄Ni₄Co₃非晶态合金及其制备方法。

按照合金成分Al86Ce3Y4Ni4Co3的金属原子百分比Al 86at.％，Ce 3at.％，Y 4at.％，Ni 4at.％，Co 3at.％,按照该合金的金属单质质量百分比Al 66.15wt.％，Ce 11.98wt.％，Y 10.14wt.％，Ni 6.69wt.％，Co 5.04wt.％，称取原料，并依据合金熔炼烧损经验加入其组元合金保证名义合金配比。然后按照实施例1的方法和步骤制备得到成分为Al86Ce3Y4Ni4Co3条带(厚度为45um，宽为5mm，长为米)，经X射线衍射和透射电镜照片表明所制备的带材为完全非晶态结构。图2给出了Al₈₆Ce₃Y4Ni₄Co₃铝基非晶合金的DSC曲线分析结果图，升温速率为20℃/min。

以上实施例制得的非晶带材经反复对折1800均不断裂，自然腐蚀电流密度分布在1-5X 10^-7A/cm²的范围

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于其各组分的原子百分比为：Al 85.0-92.0at.％，MR 4.0-9.0at.％，TM 3.0-12.0at.％，TE 0-1.0at.％，其中所述MR为稀土元素或混合稀土，所述TM为过渡金属元素，所述TE为微量元素。

2.根据权利要求1所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述MR为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Y中的一种或两种以上任意比例的元素。

3.根据权利要求1所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述TM为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W。

4.根据权利要求1所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述TE为B、Si、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te。

5.根据权利要求1所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述铝基非晶合金组织具有急冷凝固组织，其凝固组织为完全均一的非晶态结构。

6.如权利要求1所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述铝基非晶合金非晶带厚度为30-50um，宽为3-5mm，长为0.5-1.5m。

7.根据权利要求1所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述铝基非晶合金包括Al₈₆Ce_6.7Ni₃Co₄B_0.3和Al₈₆Ce₃Y₄Ni₄Co₃。

8.一种制备如权利要求1-7中任一项所述Al-MR-TM-TE铝基非晶合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

9.根据权利要求5所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述各金属原料纯度分别为Al≥99.99％、MR≥99.99％、TM≥99.99％、TE≥99.99％。

10.根据权利要求5所述的Al-MR-TM-TE铝基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述各金属加入所述真空感应熔炼炉前先进行机械打磨表面反复依次采用无水正丁醇、丙酮和去离子水并在超声条件下清洗3次后风干待用。