CN107904419A - 一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法 - Google Patents

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朱琳
常芳
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Abstract

本发明公开了一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，涉及铝合金加工领域，包括多元非晶合金锭的制备、非晶条带的制备、非晶条带的破碎、含非晶预制块的制备、铝合金的制备及非晶强化处理铝合金的制备六个步骤。采用本发明的技术方案，步骤合理、大幅同时提高铝合金的高温强韧性，特别极大强化了铝合金的高温屈服强度、抗拉强度和断裂应变，且强化高效、成本低廉，具有巨大的工业应用潜力和价值。

Description

一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法
技术领域
本发明涉及铝合金及铝合金零部件成型和加工领域，具体涉及一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法。
背景技术
当今，随着航空航天、汽车、国防等高科技领域的高速发展，不仅要求结构材料轻量化，而且对其综合性能的要求也越来越高。铝合金是非常重要的结构材料和轻量化材料。随着科技和工业的发展，对轻质高强高韧铝合金结构材料的需求日益增大。目前主流铝合金的强化剂如：Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-C-B等强化剂都含Ti元素，在对铝合金中含硅量大于 4％的合金孕育(变质)处理时，Ti元素会与Si元素发生反应生成TiSi、TiSi2和Ti5Si3等相而产生毒化作用，组织细化效率大幅降低且性能不能进一步提高，Al-B变质剂对于不含Ti元素的Al-Si合金体系细化组织效果优异，但是在合金中Ti杂质含量高于0.04％时即发生如Al-Ti-B等变质剂一样的毒化作用，对合金体系适用范围窄，并且对铝合金的纯净度要求极高，适用范围有限。其他变质剂或者强化剂如：Al-Sr、Al-Ce、 Al-La等含有稀土成本较高，并且对Al-Si合金组织细化效果不显著。因此，急需开发一种适用于多种铝合金，尤其是适用于含Si量高于4％的Al-Si系合金强化所需的，低成本、高效的强化铝合金的工艺及方法。近年来，由于轻型汽车的需求，把提高燃油效率和减少尾气排放作为总体目标的一部分，使得铝合金吸引了越来越多的关注。而用于汽车以及航空动力组件如引擎板块和传输的情况，其工作温度不断提高。更高的服役温度有利于大幅提高动力系统的燃烧效率和显著降低污染物的排放。因此，研究如何提高铝合金在高温下力学性能具有重要的现实意义和迫切需求。本发明旨在提高铝合金的高温性能，拓展铝合金的高温应用，为最重要轻量化材料铝合金强化高温性能提供一个新的途径，为铝合金的高温应用奠定一定的基础。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.05-0.06MPa大气压的高纯度Ar 气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数大于等于5，每次熔炼2-4min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s, 得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带，具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到 6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.5-0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.5-1.6个大气压的Ar气，使得压差在0.9-1.1个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1-2mm，厚20-45μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
a、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理0.5-2h。
b、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8-20h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入 0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶实际加入量为0.01-0.2wt.％重量百分比，采用超声处理2-5min，促进非晶的均匀分散，保温时间为5-30min；
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金。
优选的，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为200mm×150mm×12mm。
优选的，所述Al-Si-Mg合金为Al-7Si-0.3Mg。
优选的，所采用的分散工艺是超声辅助预分散，时间为 2min。
优选的，所述步骤六中，非晶条带的质量百分比为 0.05wt.％.
本发明的技术方案，利用非晶合金的亚稳态结构和非晶晶化的物理特性，使用非晶合金作为强化剂进行细化，非晶合金在强化过程中成本比稀土变质剂低，大幅提高铝合金强韧性，在非晶强化剂的制作过程中运用球磨处理来破碎非晶，运用非晶铝粉混合后冷压成块的方法结合超声辅助预分散的方法使非晶分散不发生团聚，强化高效、成本低廉，具有巨大的工业应用潜力和价值。
附图说明
图1不同非晶薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后铝合金在493K下的高温拉伸应力应变曲线图；
图2不同非晶薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后铝合金在573K下的高温拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中，以缩短高熔点金属熔化时间，并防止电弧熔炼时高温电弧造成低熔点金属的挥发；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.05MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，为保证非晶合金成分的均匀性，需将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数5次，每次熔炼2min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s, 得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带。具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到 6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.5 个大气压的Ar气，使得压差在0.9个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为2mm，厚45μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
c、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为 8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理0.5h。
d、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入 0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温 10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶加入量为 0.03wt.％重量百分比，采用超声处理2min，促进非晶的均匀分散，保温时间为5min；
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为 200mm×150mm×12mm。
其中，所述非晶合金料棒为Ni60Nb25Ti15料棒。
其中，步骤六中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.03wt.％强化处理10min(其中超声分散2min)处理铝合金时得到较好的高温力学性能。
a、在493K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的179.64MPa、201.55MPa和10.51％，分别提高到了202.77MPa、213.36MPa和10.98％，分别比未强化合金提高了12.88％、5.86％和4.47％。
b、在573K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的65.09MPa、70.76MPa和11.73％，分别提高到了 80.12MPa、84.26MPa和17.06％，分别比未强化合金提高了 23.09％、19.08％和45.44％。
实施例2：
一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中，以缩短高熔点金属熔化时间，并防止电弧熔炼时高温电弧造成低熔点金属的挥发；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.05MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，为保证非晶合金成分的均匀性，需将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数6次，每次熔炼3min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s, 得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带。具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到 6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.5个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.6 个大气压的Ar气，使得压差在1.1个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1mm，厚35μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
e、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理2h。
f、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入 0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温 10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶加入量为0.05 wt.％重量百分比，采用超声处理5min，促进非晶的均匀分散，保温时间为15min；
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为 200mm×150mm×12mm。
其中，所述非晶合金料棒为Ni60Nb25Ti15料棒。
其中，步骤六中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.05wt.％强化处理15min(其中超声分散2min)处理铝合金时得到最好的高温力学性能。
a、在493K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的179.64MPa、201.55MPa和10.51％，分别提高到了226.09MPa、236.93MPa和11.09％，分别比未强化合金提高了25.86％、17.55％和5.52％。
b、在573K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的65.09MPa、70.76MPa和11.73％，分别提高到了 76.48MPa、85.48MPa和18.91％，分别比未强化合金提高了 17.50％、20.80％和61.21％。
实施例3：
一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中，以缩短高熔点金属熔化时间，并防止电弧熔炼时高温电弧造成低熔点金属的挥发；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.06MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，为保证非晶合金成分的均匀性，需将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数为5次，每次熔炼3min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s, 得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带。具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到 6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.6 个大气压的Ar气，使得压差在1.0个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为2mm，厚45μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
g、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为 8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理2h。
h、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合10h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入 0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温 10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶加入量为 0.10wt.％重量百分比，采用超声处理5min，促进非晶的均匀分散，保温时间为30min。
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为 200mm×150mm×12mm。
其中，所述非晶合金料棒为Ni60Nb25Ti15料棒。
其中，步骤六中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.03wt.％强化处理10min(其中超声分散5min)处理铝合金时得到较好的高温力学性能。
a、在493K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的179.64MPa、201.55MPa和10.51％，分别提高到了204.49MPa、217.95MPa和10.77％，分别比未强化合金提高了13.83％、8.14％和2.57％。
b、在573K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的65.09MPa、70.76MPa和11.73％，分别提高到了 75.19MPa、76.09MPa和26.67％，分别比未强化合金提高了 15.52％、7.53％和127.37％。
实施例4：
一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中，以缩短高熔点金属熔化时间，并防止电弧熔炼时高温电弧造成低熔点金属的挥发；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.05MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，为保证非晶合金成分的均匀性，需将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数为6次，每次熔炼4min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s, 得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带。具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到 6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.5 个大气压的Ar气，使得压差在0.9个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1.5mm，厚40μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
i、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为 8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理1.5h。
j、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合15h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温 10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶加入量为 0.05wt.％重量百分比，采用超声处理3min，促进非晶的均匀分散，保温时间为20min；
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为 200mm×150mm×12mm。
其中，所述非晶合金料棒为Ni60Nb25Ti15料棒。
其中，步骤六中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.05wt.％强化处理10min(其中超声分散3min)处理铝合金时得到较好的高温力学性能。
a、在493K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的179.64MPa、201.55MPa和10.51％，分别提高到了212.36MPa、225.41MPa和12.46％，分别比未强化合金提高了18.21％、11.84％和18.55％。
b、在573K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的65.09MPa、70.76MPa和11.73％，分别提高到了 79.63MPa、81.96MPa和28.39％，分别比未强化合金提高了 22.34％、15.83％和142.03％。
实施例5：
一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中，以缩短高熔点金属熔化时间，并防止电弧熔炼时高温电弧造成低熔点金属的挥发；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.05MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，为保证非晶合金成分的均匀性，需将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数为5次，每次熔炼4min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s, 得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带。具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到 6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.6 个大气压的Ar气，使得压差在1.0个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1mm，厚30μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
k、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为 8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理2h。
l、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合20h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入 0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温 10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶加入量为 0.10wt.％重量百分比，采用超声处理5min，促进非晶的均匀分散，保温时间为15min；
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为 200mm×150mm×12mm。
其中，所述非晶合金料棒为Ni60Nb25Ti15料棒。
其中，步骤六中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.20wt.％强化处理15min(其中超声分散3min)处理铝合金时得到较好的高温力学性能。
a、在493K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的179.64MPa、201.55MPa和10.51％，分别提高到了205.48MPa、219.49MPa和12.28％，分别比未强化合金提高了14.38％、8.90％和16.84％。
b、在573K下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化合金的65.09MPa、70.76MPa和11.73％，分别提高到了 77.33MPa、81.72MPa和26.96％，分别比未强化合金提高了 18.80％、15.49％和129.84％。
针对上述实施例材料进行性能测量，获得以下数据：
图1是不同非晶薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后铝合金在493K下的高温拉伸应力应变曲线。
图2是不同非晶薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后铝合金在573K下的高温拉伸应力应变曲线。
表1
表2
表1是不同非晶薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后铝合金在493K下的高温拉伸性能数值；
表2是不同非晶薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后铝合金在573K下的高温拉伸性能数值。铝合金状态均为T6热处理态。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种新的利用非晶合金强化铝合金的高温拉伸性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、多元非晶合金锭的制备：
a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
d、两次抽真空后，充入0.05-0.06MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数大于等于5，每次熔炼2-4min；
f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s,得到非晶合金棒料；
步骤二、非晶条带的制备：将反复熔炼得到的非晶合金棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成非晶薄带，具体包括以下步骤：
a、将非晶合金料棒放置于石英坩埚中，抽真空到6.0×10-3Pa；
b、向炉中充入0.5-0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.5-1.6个大气压的Ar气，使得压差在0.9-1.1个大气压；
c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1-2mm，厚20-45μm非晶条带。
步骤三、非晶条带的破碎：
a、将100g NiNbTi非晶加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与非晶的质量比为8:1。在200r/min的转速下对非晶球磨处理0.5-2h。
b、将球磨处理后的非晶以15:85的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8-20h后取出。
步骤四、含非晶预制块的制备：
将步骤三制得的非晶、铝粉混合粉末用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤五、铝合金的制备：
a、将预先称量好的Al-Si-Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；
步骤六、非晶强化处理铝合金的制备：
a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
c、将含非晶的预制块加入到合金液中，非晶实际加入量为0.01-0.2wt.％重量百分比，采用超声处理2-5min，促进非晶的均匀分散，保温时间为5-30min；
d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金。
2.根据权利要求1所述的提高非晶合金强化铝合金高温拉伸性能的方法，其特征在于：所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属模的尺寸为200mm×150mm×12mm。
3.根据权利要求1所述的提高非晶合金强化铝合金高温拉伸性能的方法，其特征在于：所述Al-Si-Mg合金为Al-7Si-0.3Mg。
4.根据权利要求1所述的提高非晶合金强化铝合金高温拉伸性能的方法，其特征在于：所采用的分散工艺是超声辅助预分散，时间为2min。
5.根据权利要求1所述的提高非晶合金强化铝合金高温拉伸性能的方法，其特征在于：所述步骤六中，非晶条带的质量百分比为0.05wt.％。
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