CN100580127C - 一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金 - Google Patents

一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金及其制备方法。步骤1：在高温箱式电阻炉中，按质量比1∶1将上述组份Al和Cu混合均匀熔化，冷却后得到二元合金铸锭；步骤2：将步骤1得到的二元合金铸锭机械粉碎，然后按名义成分(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny，其中30≤x≤31，5≤y≤10的配比称取原料；步骤3：在坩埚式电阻炉内熔炼(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny合金，至少反复搅拌3～4次，以保证合金熔化均匀；步骤4：将步骤3得到的熔融态(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny合金，采用简单的铜模铸造法制备成大块非晶合金。本发明加入Sn元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，从而能够制备出较大尺寸的非晶合金；采用简单的铜模铸造法，形成了高硬度、热稳定性和耐腐蚀性优异的Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金。

Description

一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金
(一)技术领域
本发明涉及的是一种合金，特别是一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金。
(二)背景技术
非晶合金也称为金属玻璃(Metglass)，是通过急冷手段使合金液快速凝固，致使固态合金内部原子在室温下还保持着类似于液态结构的混乱排列的固态物质状态，它兼有金属和玻璃特性。由于非晶态合金在原子排布上完全不同于晶态合金，其特殊的微观结构决定了它具有一系列优良性能如：良好的机械性能、优异的物理性能和特殊的化学性能，适合于制造电子器件、磁性器件、精密机械结构件、体育用品、生物医学植入物及先进武器构件等。
迄今为止，已制备出Ni基、Zr基、Cu基、Fe基、Mg基、Co基、Ti基和稀土基等非晶合金体系。在这些非晶合金体系中，铝基非晶态合金具有高比强度是铝基晶态合金的2～3倍，同时兼有良好的韧性、高温性能、超塑性和耐腐蚀性，是一种潜在的新型金属结构材料，引起了材料科学界的广泛关注，已经成为当前材料工作者的主要研究目标。目前，非晶态铝合金的研究主要集中在Al-RE，Al-RE-TM和Al-LTM-ETM等二元或三元体系(RE为稀土元素，TM为过渡族元素，LTM为周期表中的VIIB族和VIIIB族元素，ETM为周期表中的IVB族至IVB族元素)，对多元体系非晶态铝合金的研究还很少。另外，铝基合金的非晶形成能力有限，形成非晶的合金成分要求严格，合金化时间长，成品率较低。其合成工艺主要有熔体急冷、固相反应等方法，产品多为薄带或粉末材料，块体材料的直接合成还很困难，从而严重限制了其广泛应用。因此如何合理设计合金成分、提高铝基合金的非晶形成能力、克服现有制备技术的不足，获得大尺寸多元体系非晶态铝合金是当前急需解决的问题。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度高、热稳定性和耐腐蚀性优异的铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金；本发明的目的还在于提供一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供的非晶合金结构式为(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny，其中x为Zn元素的原子百分数，30≤x≤31；y为Sn元素的原子百分数，5≤y≤10。
本发明提供一种上述铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：在高温箱式电阻炉中，按质量比1∶1将组份Al和Cu混合均匀熔化，冷却后得到二元合金铸锭；
步骤2：将步骤1得到的二元合金铸锭机械粉碎，然后按名义成分(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny，其中30≤x≤31，5≤y≤10的配比称取原料；
步骤3：在坩埚式电阻炉内熔炼(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny合金，至少反复搅拌3～4次，以保证合金熔化均匀；
步骤4：将步骤3得到的熔融态(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny合金，采用简单的铜模铸造法制备成大块非晶合金；
步骤5：采用X射线衍射法表征所得样品的组织结构；利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值表征其力学性能。
本发明具有的优益之处在于：
(1)加入Sn元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，从而能够制备出较大尺寸的非晶合金；
(2)采用简单的铜模铸造法，就形成了高硬度、热稳定性和耐腐蚀性优异的Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金。该体系非晶合金具有的这些优异性能，必将使其成为一种具有广泛应用前景的新型金属材料。
(四)附图说明
图1为本发明提供的Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金的XRD图；
图2为本发明提供的Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金的硬度值柱状图。
(五)具体实施方式
实施例1
该实施例采用铜模铸造法成功制备出直径5mm的Al45Cu19Zn31Sn5大块非晶合金。
步骤1：将纯度为99.98％的高纯锡块、纯度为99.99％的高纯锌块和已熔炼的铝铜合金(铜的质量百分比为50％)，按成分配比Al45Cu19Zn31Sn5称取原料；
步骤2：在坩埚式电阻炉中将铝铜合金和高纯锌块于750℃加热1小时使其完全熔化，然后加入已称好的高纯锡块，利用金属液自身的热量将高纯锡块熔化，待其完全熔化后迅速搅拌至混合均匀；
步骤3：将熔融态的金属液浇铸到已加入液氮冷却的铜模型腔内，从而制备出直径5mm的Al45Cu19Zn31Sn5大块非晶合金；
步骤4：采用X射线衍射法表征该大块非晶合金样品的结构，如图1所示；
步骤5：利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值，如图2所示。
实施例2
该实施例采用铜模铸造法成功制备出直径5mm的Al42Cu18Zn30Sn10大块非晶合金。
步骤1：将纯度为99.98％的高纯锡块、纯度为99.99％的高纯锌块和已熔炼的铝铜合金(铜的质量百分比为50％)，按成分配比Al42Cu18Zn30Sn10称取原料；
步骤2：在坩埚式电阻炉中将铝铜合金和高纯锌块于750℃加热1小时使其完全熔化，然后加入已称好的高纯锡块，利用金属液自身的热量将高纯锡块熔化，待其完全熔化后迅速搅拌至混合均匀；
步骤3：将熔融态的金属液浇铸到已加入液氮冷却的铜模型腔内，从而制备出直径5mm的Al42Cu18Zn30Sn10大块非晶合金；
步骤4：采用X射线衍射法表征该大块非晶合金样品的结构，如图1所示；
步骤5：利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值，如图2所示。

Claims (2)

1、一种铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金，其特征是：该非晶合金的结构式为(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny，其中x为Zn元素的原子百分数，30≤x≤31；y为Sn元素的原子百分数，5≤y≤10。
2、根据权利要求1所述的铝基Al-Cu-Zn-Sn四元体系大块非晶合金，其特征是：它是直径5mm的Al42Cu18Zn30Sn10大块非晶合金。
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