CN105671459A - 一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法,该铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成:Al1-a-b-cZnaBbZrcNbd,其中a=0.11-0.18,b=0.12-0.15,c=0.14-0.17,d=0.02-0.03。该方法制备的金属玻璃具有良好的机械性能,尤其具有突出的断裂强度与塑性变形能力。
Description
技术领域
本发明涉及非晶态合金材料制造领域,具体涉及一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法。
背景技术
非晶合金原子结构具有长程无序、短程有序的特点,不具备传统晶体材料中的位错等缺陷。这使其表现出许多优异的力学性能,如超高强度和断裂韧性、高硬度、低弹性模量、独特的形变和断裂行为等。块体金属玻璃是迄今为止发现的最强、最硬、最软和最韧的金属结构材料。基于这些优异的性质,非晶态合金在航空航天、兵器工业、精密仪器和生物医疗等方面都有广阔的应用前景,具有很高的科学价值和应用价值,因此近年来引起了人们的广泛关注。
相对于其他钛基、锆基和铁基等块体金属玻璃,铝锆锌基块体金属玻璃的组元少,制备工艺相对简单,成本较为低廉。铝锆锌金属玻璃不但具有高强度、大弹性变形、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等优良性能,还具有较小的膨胀系数,适于近终成形,成形后表面光洁度高,因此是一种潜在的优良结构材料。但是铝锆锌基金属玻璃在宏观上表现出极大的脆性,在这一定程度上限制了其在结构材料方面的应用。
发明内容
本发明提供一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法,该方法制备的金属玻璃金具有良好的机械性能,尤其具有突出的断裂强度与塑性变形能力。
为了实现上述目的,本发明提供了一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法,该铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成:Al1-a-b-cZnaBbZrcNbd,其中a=0.11-0.18,b=0.12-0.15,c=0.14-0.17,d=0.02-0.03;
该方法包括如下步骤:
(1)按照上述分子式称取各元素进行配料,选取纯度为99.99%的Al块、纯度为99.99%的Zn块、纯度为99.99%的B块、纯度为99.99%的Zr块和纯度为99.99%的Nb块进行合金配料配置,按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料;
(2)将步骤(1)配制的原料装入熔炼炉中,对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,然后充入高纯氩气,氩气纯度大于99.999%,使熔炼室气压达到0.05MPa,充分熔炼3-5遍,保证熔炼均匀;
(3)用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位,用电弧将合金锭熔化,并逐渐加大电流至700A,利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模,得到直径为5-10mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材;
(4)按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末:15%≤Zr≤20%、2%≤Ti≤8%、2%≤Nb≤5%、2%≤C≤6%,铝粉为余量,球磨混合,金属粉末的粒度范围为60-150微米;
(5)使用连续光纤激光器,设定熔覆工艺,采用同步送粉方式对步骤(4)中的金属粉末进行多道熔覆,冷却至室温,在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层;
(6)使用连续光纤激光器,设定重熔工艺,对步骤(5)中制得的合金涂层进行激光表面重熔,冷却至室温,获得具有非晶涂层的钛基非晶材料。
优选的,步骤(5)中的熔覆工艺是指:依次设置激光功率500-1000W,光斑直径1-2mm,搭接率0.3-0.5,扫描速度300-2000mm/min,同步送粉量为5-15g/min,保护氩气流量10-20L/min。
优选的,步骤(6)中的重熔工艺是指:依次设置激光功率500-2000W,光斑1-2mm,搭接率0.3-0.5,扫描速度600-3000mm/min,保护氩气流量10-20L/min。
具体实施方式
实施例一
本实施例的铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成:Al0.61Zn0.11B0.12Zr0.14Nb0.02。
按照上述分子式称取各元素进行配料,选取纯度为99.99%的Al块、纯度为99.99%的Zn块、纯度为99.99%的B块、纯度为99.99%的Zr块和纯度为99.99%的Nb块进行合金配料配置,按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料。
将配制的原料装入熔炼炉中,对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,然后充入高纯氩气,氩气纯度大于99.999%,使熔炼室气压达到0.05MPa,充分熔炼3遍,保证熔炼均匀。
用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位,用电弧将合金锭熔化,并逐渐加大电流至700A,利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模,得到直径为5mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材。
按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末:Zr=15%、Ti=2%、Nb=2%、C=2%,铝粉为余量,球磨混合,金属粉末的粒度范围为60-150微米。
使用连续光纤激光器,设定熔覆工艺,采用同步送粉方式对的金属粉末进行多道熔覆,冷却至室温,在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层。
使用连续光纤激光器,设定重熔工艺,对制得的合金涂层进行激光表面重熔,冷却至室温,获得具有非晶涂层的钛基非晶材料。
熔覆工艺是指:依次设置激光功率500W,光斑直径1-2mm,搭接率0.3,扫描速度300mm/min,同步送粉量为5g/min,保护氩气流量10L/min。
重熔工艺是指:依次设置激光功率500W,光斑1-2mm,搭接率0.3,扫描速度600mm/min,保护氩气流量10L/min。
实施例二
本实施例的铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成:Al0.57Zn0.18B0.15Zr0.17Nb0.03。
按照上述分子式称取各元素进行配料,选取纯度为99.99%的Al块、纯度为99.99%的Zn块、纯度为99.99%的B块、纯度为99.99%的Zr块和纯度为99.99%的Nb块进行合金配料配置,按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料。
将配制的原料装入熔炼炉中,对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,然后充入高纯氩气,氩气纯度大于99.999%,使熔炼室气压达到0.05MPa,充分熔炼5遍,保证熔炼均匀。
用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位,用电弧将合金锭熔化,并逐渐加大电流至700A,利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模,得到直径为10mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材。
按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末:Zr=20%、Ti=8%、Nb=5%、C=6%,铝粉为余量,球磨混合,金属粉末的粒度范围为60-150微米。
使用连续光纤激光器,设定熔覆工艺,采用同步送粉方式对的金属粉末进行多道熔覆,冷却至室温,在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层。
使用连续光纤激光器,设定重熔工艺,对制得的合金涂层进行激光表面重熔,冷却至室温,获得具有非晶涂层的钛基非晶材料。
熔覆工艺是指:依次设置激光功率=1000W,光斑直径1-2mm,搭接率=0.5,扫描速度=2000mm/min,同步送粉量为=15g/min,保护氩气流量=20L/min。
重熔工艺是指:依次设置激光功率=2000W,光斑1-2mm,搭接率=0.5,扫描速度=3000mm/min,保护氩气流量=20L/min。
比较例
按照Al55Zr17Si5Zn10的分子式,按照常规方式,制备Al55Zr17Si5Zn10非晶合金材料。
对相同形状和尺寸的实施例1-2及比较例的软磁合金进行屈服强度和压缩塑性的测试,测试结果显示:实施例1-2的屈服强度相对比较例提升32%以上,压缩塑性相对比较例提高25%以上。
Claims (1)
1.一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法,该铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成:Al1-a-b-cZnaBbZrcNbd,其中a=0.11-0.18,b=0.12-0.15,c=0.14-0.17,d=0.02-0.03;
该方法包括如下步骤:
(1)按照上述分子式称取各元素进行配料,选取纯度为99.99%的Al块、纯度为99.99%的Zn块、纯度为99.99%的B块、纯度为99.99%的Zr块和纯度为99.99%的Nb块进行合金配料配置,按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料;
(2)将步骤(1)配制的原料装入熔炼炉中,对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,然后充入高纯氩气,氩气纯度大于99.999%,使熔炼室气压达到0.05MPa,充分熔炼3-5遍,保证熔炼均匀;
(3)用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位,用电弧将合金锭熔化,并逐渐加大电流至700A,利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模,得到直径为5-10mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材;
(4)按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末:15%≤Zr≤20%、2%≤Ti≤8%、2%≤Nb≤5%、2%≤C≤6%,铝粉为余量,球磨混合,金属粉末的粒度范围为60-150微米;
(5)使用连续光纤激光器,设定熔覆工艺,采用同步送粉方式对步骤(4)中的金属粉末进行多道熔覆,冷却至室温,在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层,熔覆工艺是指:依次设置激光功率500-1000W,光斑直径1-2mm,搭接率0.3-0.5,扫描速度300-2000mm/min,同步送粉量为5-15g/min,保护氩气流量10-20L/min;
(6)使用连续光纤激光器,设定重熔工艺,对步骤(5)中制得的合金涂层进行激光表面重熔,冷却至室温,获得具有非晶涂层的钛基非晶材料,重熔工艺是指:依次设置激光功率500-2000W,光斑1-2mm,搭接率0.3-0.5,扫描速度600-3000mm/min,保护氩气流量10-20L/min。
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