CN113088725A - 一种铝基大块非晶合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝基大块非晶合金的制备方法，属于非晶合金新材料技术领域，本发明制备的铝基大块非晶合金的直径能达到10mm以上。通过将用熔体旋淬法制备得到的铝基非晶合金条带剪碎，填充进压片机中预压成块，再通过高压扭转设备对预压块施加高压和扭转的剪切力进一步将其压成堆积紧密的铝基非晶合金大块。解决了传统直接凝固法制备铝基非晶块体尺寸小及粉末冶金法制备铝基非晶的非晶相含量低、内部杂质和缺陷多的问题。

Description

一种铝基大块非晶合金的制备方法
技术领域
本发明属于非晶合金新材料技术领域，具体涉及一种铝基大块非晶合金的制备方法。
背景技术
铝基非晶合金作为一种低密度材料，有着较高的比强度、硬度、耐腐蚀、耐磨等性能，在航空航天等装备轻量化以及海洋装备表面防护领域具有很大应用潜力。传统块体非晶合金的制备方法主要包括熔体直接凝固法和粉末烧结法。
直接凝固法包括水淬法、铜模铸造法、高压铸造法和喷铸-吸铸法，制备的块体常表现出优异的力学性能。
但由于铝基非晶合金的非晶形成能力较差，其块体非晶的制备及相关研究报道较少。
王建强等通过MgCl2-CaCl2复合盐熔体包覆工艺，制备了最大直径为2.5mm的Al86Ni6.75Co2.25Y3.35La1.75块体非晶合金棒材，实现了模铸块体铝基非晶合金尺寸上的突破，但仍然难以达到应用级尺寸。
发明内容：
技术问题：本发明的目的在于提出一种铝基大块非晶合金的制备方法，实现大尺寸铝基非晶合金的制备。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
一种铝基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
1)将用熔体旋淬法制备得到的铝基非晶合金条带剪碎；
2)将步骤1)剪碎后的铝基非晶合金条带填充进压片机中预压成块；
3)将步骤2)预压得到的块放入高压扭转设备的压砧中，通过高压扭转设备对预压块施加高压和扭转的剪切力发生形变进一步将其压成堆积紧密的铝基非晶合金大块。
步骤1)中，剪碎后非晶合金条带长度为1-5mm。
步骤2)中，压片机模具孔径选用3或10mm，力设为500-5500kg。
步骤3)中，高压扭转压砧选用特种钢材质，凹槽直选取5mm或10mm，上下深度各0.5±0.1mm；高压扭转设备设置参数：压力1-2GPa，扭转圈数1-2圈，转速为0.5rad/min。
发明原理：将用熔体旋淬法制备得到的铝基非晶合金条带剪碎，填充进压片机中预压成块，再将预压得到的块放入高压扭转设备的压砧中，通过高压扭转设备对预压块施加高压和扭转的剪切力进一步将其压成堆积紧密的铝基非晶合金大块，经X射线衍射测试(XRD)确认所得大块为非晶态合金。
有益效果：与直接凝固法相比，本发明的一种铝基大块非晶合金的制备方法，可制备直径远大于10mm的铝基非晶合金块体，其尺寸取决于高压扭转设备压砧设定尺寸，而不限于自身非晶形成能力，有广阔提升空间；与粉末烧结法相比，本发明制备出块体为完全非晶，而粉末烧结制备块体合金中非晶含量较低且内部缺陷和杂质较多；本发明的制备方法仅需铝基非晶合金条带，并且此方法可应用到所有的非晶合金体系中，不局限于铝基非晶合金大块的制造。本发明通过压头的特别设计，此方法将能够实现特殊工件的直接压铸扭转形变成型(如通过设计环形压头，能够实现环形块体工件的快速稳定制备)在块体非晶合金加工应用方面具有十分重要的商业前景。
附图说明
图1为Al93Ce7非晶合金块体X射线衍射谱，高压扭转时压力1GPa，圈数1rad，谱图表现为弥散的衍射峰，证实块体为非晶合金；
图2为Al93Ce7非晶合金块体X射线衍射谱，高压扭转时压力1.5GPa，圈数2rad，谱图表现为弥散的衍射峰，证实块体为非晶合金；
图3为Al93Ce7非晶合金块体X射线衍射谱，高压扭转时压力2GPa，圈数1rad，谱图在弥散非晶衍射峰上出现尖锐的衍射峰，表明在非晶合金块体中存在部分晶体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的介绍。
一种铝基大块非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
1)将用熔体旋淬法制备得到的铝基非晶合金条带剪碎；
2)将步骤1)剪碎后的铝基非晶合金条带填充进压片机中预压成块；
3)将步骤2)预压得到的块放入高压扭转设备的压砧中，通过高压扭转设备对预压块施加高压和扭转的剪切力发生形变进一步将其压成堆积紧密的铝基非晶合金大块。
步骤1)中，剪碎后非晶合金条带长度为1-5mm。
步骤2)中，压片机模具孔径选用3mm或10mm，力设为500-5000kg。
步骤3)中，高压扭转压砧选用特种钢材质，凹槽直径选用5mm或10mm，上下深度各0.5±0.1mm；高压扭转设备设置参数：压力1-2GPa，扭转圈数1-2圈，转速0.5rad/min。
实施例1：Al93Ce7大块非晶合金制备(1GPa，1rad)
使用甩带机(WK-II型真空甩带机)通过熔体旋淬法制备Al93Ce7非晶合金条带，铜辊转速40m/s，制备条带。
将Al93Ce7非晶条带用剪刀剪碎，碎带长度1-5mm。
将剪碎的条带填充进压片机(恒创YP-5)模具中，模具孔径10mm，预压时力为5000kg，压强为～623.9MPa。条带被压成直径10.21mm，厚度2.49mm的块体。
将预压得到的块体放入高压扭转(TRANSMST HPT)压砧(特种钢材质，凹槽直径10mm，上下深度各0.5mm)中；之后将压砧放入高压扭转设备，设置参数：压力1GPa，扭转圈数1圈，转速0.5rad/min，开始高压扭转。
高压扭转后将压砧取出，将成型的块体Al93Ce7非晶合金取出，用砂纸打磨表面，超声清洗后，此时得到的Al93Ce7非晶块体直径11.17mm，厚度1.77mm。
经过X射线衍射仪(Empyrean XRD)测试确认所得块体为非晶态合金，如图1所示。
实施例2：Al93Ce7大块非晶合金制备(1.5GPa，2rad)
使用甩带机(WK-II型真空甩带机)通过熔体旋淬法制备Al93Ce7非晶合金条带，铜辊转速50m/s，制备条带。
将Al93Ce7非晶条带用剪刀剪碎，碎带长度1-2mm。
将剪碎的条带填充进压片机(恒创YP-5)模具中，模具孔径3mm，预压时力为500kg，压强为～693.2MPa。条带被压成直径5.16mm，厚度1.93mm的块体。
将预压得到的块体放入高压扭转(TRANSMST HPT)压砧(特种钢材质，凹槽直径10mm，上下深度各0.5mm)中；之后将压砧放入高压扭转设备，设置参数：压力1.5GPa，扭转圈数2圈，转速0.5rad/min，开始高压扭转。
高压扭转后将压砧取出，将成型的块体Al93Ce7非晶合金取出，用砂纸打磨表面，超声清洗后，此时得到的Al93Ce7非晶块体直径5.08mm，厚度1.42mm。
经过X射线衍射仪(Empyrean XRD)测试确认所得块体为非晶态合金，如图2所示。
实施例3：Al93Ce7大块非晶合金制备(2GPa，1rad)
使用甩带机(WK-II型真空甩带机)通过熔体旋淬法制备Al93Ce7非晶合金条带，铜辊转速50m/s，制备条带。
将Al93Ce7非晶条带用剪刀剪碎，碎带长度1-5mm。
将剪碎的条带填充进压片机(恒创YP-5)模具中，模具孔径10mm，预压时力为5000kg，压强为～623.9MPa。条带被压成直径10.15mm，厚度1.81mm的块体。
将预压得到的块体放入高压扭转(TRANSMST HPT)压砧(特种钢材质，凹槽直径10mm，上下深度各0.5mm)中；之后将压砧放入高压扭转设备，设置参数：压力2GPa，扭转圈数1圈，转速0.5rad/min，开始高压扭转。
高压扭转后将压砧取出，将成型的块体Al93Ce7非晶合金取出，用砂纸打磨表面，超声清洗后，此时得到的Al93Ce7非晶块体直径10.08mm，厚度1.20mm。
经过X射线衍射仪(Empyrean XRD)测试确认所得块体为非晶态合金，如图3所示。

Claims (7)

1.一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将用熔体旋淬法制备得到的铝基非晶合金条带剪碎；
2)将步骤1)剪碎后的铝基非晶合金条带填充进压片机中预压成块；
3)将步骤2)预压得到的块放入扭转设备的压砧中，通过扭转设备将预压块进一步压成堆积紧密的铝基非晶合金大块。
2.根据权利要求1所述的一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤1)中，剪碎后非晶合金条带长度为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，压片机模具孔径选用3mm或10mm。
4.根据权利要求1所述的一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，压片机模具的预压的力设为500-5000kg。
5.根据权利要求1所述的一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)中，高压扭转压砧选用特种钢材质，凹槽直径选取5mm或10mm，上下深度各0.5±0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)中，扭转设备的压力为1-2GPa。
7.根据权利要求1所述的一种铝基大块非晶合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)中，扭转设备的扭转圈数1-2圈，转速0.5rad/min。
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