一種鋁基非晶合金及其非晶條帶和納米晶粉末的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋁基非晶合金及其非晶條帶和納米晶粉末的制備方法,選取形成非晶能力比較強的Al-Ni-Y鋁基非晶體系為基礎(chǔ),在Al-Ni-Y鋁基非晶體系中添加利于形成非晶合金的元素,例如Y、La、Zr、Fe、Ni等。其具體成分為Ni5-9%,Y1-5%,La0-2%,F(xiàn)e0-2%,B4-6%,Zr1-5%,余量為Al。按照名義成分配料后,在氬氣保護下經(jīng)過真空電弧熔煉母合金,真空度為5×10-3Pa。然后在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/s,真空度為2×10-3Pa。合金成分具有良好的非晶形成能力,制備方法簡單。同時選取形成非晶能力最好的Al79Ni7Y5Fe2B4Zr3(原子百分比)鋁基非晶體系,利用氣霧化的方式來制備鋁基非晶納米晶合金粉末。
【專利說明】-種鋁基非晶合金及其非晶條帶和納米晶粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域,涉及一種具有較強非晶形成能力的鋁基非晶合金及其 非晶條帶和納米晶粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁基非晶合金具高強度、低密度,高熱穩(wěn)定性,良好的力學性能,和優(yōu)異耐 腐蝕性能等特點,備受材料研究者關(guān)注。但是,鋁基非晶的非晶形成能力較弱。目 前錯基非晶的最大尺寸為,[W. S. Sanders[W. S. Sanders, J. S. Warner, D. B. Miracle. StabilityofAl-richglassesinthe Al-La-Nisystem. Intermetallics, 2006, 14:349]等 利用楔形模成功的制備了最大臨界厚度達到780 μ m鋁基非晶,B. J. Yang [B. J. Yang, J. H. Yao, J. Zhang, H. ff. Yang, J. Q. Wang, E. Ma. Al-richbulkmetallic glasseswithplastici tyandultrahigh. ScriptaMaterialia, 2009, 61:423-426.]等人制備出了直徑為 1mm 的錯 基非晶圓棒。同時中國專利200310118908. 4,鋁基非晶合金及其制備方法,公開了成分為 Ni8-10%,Zr3-7%,Cul-5%,Y1-3%,其余為A1 (原子百分比)的鋁基非晶態(tài)合金。在 惰性氣體保護氣氛中電弧熔煉母合金,熔煉后在大氣環(huán)境和真空環(huán)境中甩帶,甩帶線速度 為23m/s,制備出了鋁基非晶合金。中國專利201010195974. 1,一種Al-Ni-Ce-La系鋁基 非晶態(tài)合金及其制備方法,公開了成分原子百分比為Al84Ni ltlCe(6_x)Lax(x= 1-6, at%)、 Al84Ni(i(i-y)Ce6Lay(y = l_3,at% )和 Al(84_z)Ni1QCe6Laz(z = l_3,at% )的錯基非晶態(tài)合金。 在氬氣保護下經(jīng)真空電弧熔煉或者真空感應熔煉制備母合金,在氬氣保護下甩帶制備非晶 條帶,最小線速度為lOm/s,制備出了鋁基非晶合金。中國專利03111739. 2, 一種鋁基非晶 合金及其制備方法,公布了成分原子百分比為Ni8-12%,混合稀土 4-6% (混合稀土成分的 質(zhì)量百分比為:1^35%,〇650%沖沾%和恥10%),鋁為余量。通過氬氣保護下甩帶得到厚 度為140μπι的非晶條帶,制備出了鋁基非晶合金。以上這些都拓寬了鋁基非晶的成分,對 鋁基非晶的發(fā)展具有重要意義。但是這些要應用于生產(chǎn)實際是遠遠不夠的,所以如何獲得 非晶形成能力強和熱穩(wěn)定性能高的鋁基非晶仍是亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的是在Al-Ni-Y鋁基非晶體系中添加有利于形成非晶的元素,提供一 種具有較強非晶形成能力的合金及其制備方法。尤其利用氣霧化的方式制備出非晶納米晶 粉末,以便提高粉末應用于熱噴涂涂層中的性能。
[0004] 本發(fā)明提供了一種鋁基非晶合金,由在Al-Ni-Y鋁基非晶體系中添加利于形成非 晶合金的元素,其具體成分為Ni5-9%,Yl-5%,La〇-2%,F(xiàn)e〇-2%,B4-6%,Zrl-5%,余量 為Al。包括以下步驟:
[0005] 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料。
[0006] 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5X l(T3Pa,在熔煉母合金 以前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛。為了熔煉均勻, 所有母合金熔煉4次以上。
[0007] 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小 塊后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/ So
[0008] 納米晶粉末的制備包括以下步驟:
[0009] (1)原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料,放置 于氣霧化制粉設(shè)備的感應坩堝中;
[0010] (2)真空熔煉:抽真空并充入氬氣保護,在感應加熱下熔煉至合金溶液緩慢勻速 倒入保溫包中,同時充入高壓氬氣作為霧化介質(zhì);
[0011] (3)氬氣霧化:合金溶液流在高壓氬氣流的沖擊下,霧化成小液滴,最終冷卻形成 非晶合金粉末;工藝參數(shù)為:熔煉真空度小于IPa,熔煉溫度1200-1400°c,霧化壓力20-45 公斤,霧化介質(zhì)為氬氣;
[0012] (4)粉末篩分:對非晶合金粉末進行收取和篩分,篩選出400-500目的合金粉末。
[0013] 本發(fā)明的鋁基非晶合金具有以下優(yōu)點:
[0014] 1.本發(fā)明提出一種Al-Ni-Y系六元鋁基非晶合金,通過添加大尺寸原子LJPY,使 過冷液體具有更致密的原子堆垛結(jié)構(gòu),使原子長程擴散變得困難,從而抑制晶態(tài)相的形核。 非晶條帶具有較強的非晶形成能力。
[0015] 2.除Y元素以外,其他單質(zhì)合金價格便宜,降低了合金的成本。制備及操作方法簡 單。
[0016] 3.本發(fā)明制備出了一種非晶納米晶粉末。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 附圖 1 為合金 ALNiAL^FeftZ^ (1)、合金 Al^NiALa^RjZ^ ⑵、合金 Al79Ni7Y5La^B4Zr3 ⑶、 合金Α178Μ9Υ5Ι^Β54⑷和合金Α1 76Μ9Υ3Ι^ΘιΒ4Ζγ 5⑶在線速度下甩帶的X射線衍射圖
[0018] 附圖2為Al79Ni7Y5La QFe2B4Zr3成分的500目鋁基非晶納米晶合金粉末的X射線衍 射圖
[0019] 附圖3為Al79Ni7Y5La QFe2B4Zr3成分的500目鋁基非晶納米晶合金粉末的SEM表面 形貌
[0020] 附圖4為Al79Ni7Y5L a(lFe2B4Zr3成分的500目鋁基非晶納米晶合金粉末的微區(qū)電子 衍射圖
[0021] 根據(jù)附圖1的XRD結(jié)果分析,本發(fā)明制備的這5種合金成分的非晶合金大部分為 非晶結(jié)構(gòu),具有較強的非晶形成能力。有部分析出相,經(jīng)過標定大部分為ZrB 2相、八1321*5相 和Ni4B3相。
[0022] 根據(jù)附圖2的XRD結(jié)果分析,本發(fā)明制備的500目的鋁基非晶納米晶合金粉末非 晶成分較多,非晶形成能力較強。
[0023] 根據(jù)附圖3的SEM表面形貌,本發(fā)明制備的500目的鋁基非晶納米晶合金粉末為 球形、近球形或類球形,表面光滑。
[0024] 根據(jù)附圖4為500目鋁基非晶納米晶合金粉末的微區(qū)電子衍射圖,可以明顯看出, 粉末衍射花樣特點是中心有一個漫散的中心斑點及漫散環(huán),這種漫散的衍射斑點是非晶態(tài) 的典型特征,說明粉末中含有非晶態(tài)物質(zhì)。并且在中心班點的周圍還存在些許明亮的斑點, 這些都是衍射斑點,說明粉末中含有晶化相物質(zhì)。
[0025] 通過Scherrer公式(德拜-謝樂公式)計算晶化相的尺寸,如式D = Κλ/Bcos Θ。 式中,K為Scherrer常熟,其值為0.89;D為晶粒尺寸(nm) ;B為積分半高寬度,在計算的過 程中,需轉(zhuǎn)化為弧度(rad) ; Θ為衍射角;λ為X射線波長,為〇. 154056nm,計算得到單個衍 射峰所代表的晶粒尺寸。500目各粉末的XRD圖譜,計算的各平均尺寸為37. 794nm。從數(shù) 據(jù)中可以看出,晶化相均為納米顆粒。
【具體實施方式】
[0026] 本發(fā)明提供了一種鋁基非晶合金,由在Al-Ni-Y鋁基非晶體系中添加利于形成非 晶合金的元素,其具體成分為Ni5-9%,Yl-5%,La〇-2%,F(xiàn)e〇-2%,B4-6%,Zrl-5%,余量 為Al。選取非晶含量最高的成分Al 79Ni7Y5La(lFe2B 4Zr3(原子百分比),氣霧化制備非晶納米 晶粉末主要選取400-500目的粉末,下面結(jié)合典型實例對本發(fā)明進行說明。
[0027] 實施例1 :制備成分為AlJiALaiFeAZn成分的非晶態(tài)合金
[0028] 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料。
[0029] 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5X l(T3Pa,在熔煉母合金 以前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛。為了熔煉均勻, 所有母合金熔煉4次以上。
[0030] 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小 塊后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/ So
[0031] 將甩帶后得到的條帶用X射線衍射儀進行檢測,厚度為60 μ m。
[0032] 實施例2 :制備成分為AlJiALafeAZh成分的非晶態(tài)合金
[0033] 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料。
[0034] 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5X l(T3Pa,在熔煉母合金 以前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛。為了熔煉均勻, 所有母合金熔煉4次以上。
[0035] 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小 塊后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/ So
[0036] 將甩帶后得到的條帶用X射線衍射儀進行檢測,厚度為50 μ m。
[0037] 實施例3 :制備成分為AlJiALafeAZh成分的非晶態(tài)合金
[0038] 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料。
[0039] 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5X l(T3Pa,在熔煉母合金 以前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛。為了熔煉均勻, 所有母合金熔煉4次以上。
[0040] 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小塊 后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/s。
[0041] 將甩帶后得到的條帶用X射線衍射儀進行檢測,厚度為35 μ m。
[0042] 實施例4 :制備成分為Al^NiALafeAZri成分的非晶態(tài)合金
[0043] 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料。
[0044] 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5Xl(T3Pa,在熔煉母合金 以前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛。為了熔煉均勻, 所有母合金熔煉4次以上。
[0045] 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小塊 后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/s。
[0046] 將甩帶后得到的條帶用X射線衍射儀進行檢測,厚度為105 μ m。
[0047] 實施例5 :制備成分為Al76Ni9Y3La2F eiB4Zr5成分的非晶態(tài)合金
[0048] 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料。
[0049] 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5X l(T3Pa,在熔煉母合金 以前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛。為了熔煉均勻, 所有母合金熔煉4次以上。
[0050] 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小塊 后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/s。
[0051] 將甩帶后得到的條帶用X射線衍射儀進行檢測,厚度為90 μ m。
[0052] 實施例6 :制備成分為Α179Ν?7Υ5?Α^2Β 4Ζι·3(原子百分比)的500目非晶納米晶合 金粉末
[0053] 成分配比:所需原料單質(zhì)的純度均在99%以上,按照名義成分進行配料,放置于 氣霧化制粉設(shè)備的感應坩堝中。
[0054] 真空熔煉:抽真空并充入氬氣保護,在感應加熱下熔煉至合金溶液緩慢勻速倒入 保溫包中,同時充入高壓氬氣作為霧化介質(zhì)。
[0055] 氬氣霧化:合金溶液流在高壓氬氣流的沖擊下,霧化成小液滴,最終冷卻形成非晶 納米晶合金粉末。
[0056] 粉末篩分:對非晶納米晶合金粉末進行收取和篩分。
[0057] 篩選出500目的合金粉末。工藝參數(shù)為熔煉真空度小于IPa,熔煉溫度 1200-1400°C,霧化介質(zhì)為氬氣。
【權(quán)利要求】
1. 一種鋁基非晶合金,其特征在于在Al-Ni-Y鋁基非晶體系中添加利于形成非晶合金 的元素,具體成分為 Ni5-9%,Y1-5%,La〇-2%,F(xiàn)e〇-2%,B4-6%,Zr 1-5%,余量為 A1。
2. 制備如權(quán)利要求1所述的鋁基非晶合金條帶的方法,其特征在于包括以下步驟: (1) 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99%,按照名義成分進行配料; (2) 母合金的熔煉:原材料放于坩堝內(nèi)后,熔煉室真空度為5Xl(T3Pa,在熔煉母合金以 前先熔煉Ti錠以吸收爐內(nèi)的氧氣和其他雜質(zhì),以進一步純化熔煉氣氛,為了熔煉均勻,所 有母合金熔煉4次以上; (3) 甩帶制備非晶條帶:將熔煉得到的合金塊的表面氧化皮用砂輪機打磨掉,切成小 塊后放入石英管中,在氬氣保護下用單輥甩帶機制備非晶條帶,甩帶的最大線速度為40m/ So
3. 制備如權(quán)利要求1所述的鋁基非晶合金粉末的方法,其特征在于包括以下步驟: (1) 原料的配備:所需原料單質(zhì)的純度都大于99 %,按照名義成分進行配料,放置于氣 霧化制粉設(shè)備的感應坩堝中; (2) 真空熔煉:抽真空并充入氬氣保護,在感應加熱下熔煉至合金溶液緩慢勻速倒入 保溫包中,同時充入高壓氬氣作為霧化介質(zhì); (3) 氬氣霧化:合金溶液流在高壓氬氣流的沖擊下,霧化成小液滴,最終冷卻形成非晶 合金粉末;工藝參數(shù)為:熔煉真空度小于IPa,熔煉溫度1200-1400°C,霧化壓力20-45公 斤,霧化介質(zhì)為氬氣; (4) 粉末篩分:對非晶合金粉末進行收取和篩分,篩選出400-500目的合金粉末。
【文檔編號】C22C45/08GK104046930SQ201410224850
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】樊自拴, 陳艷文 申請人:北京科技大學