CN104532072A

CN104532072A - 一种Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金及其制备方法

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Publication number: CN104532072A
Application number: CN201410808402.4A
Authority: CN
Inventors: 张建旗; 那娜; 李文文; 史鹏忠; 冯佃臣
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-04-22

Abstract

发明公开了一种Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金及其制备方法，所述的ETM为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W，LTM为Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，TE为微量元素，如B、Si、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te等；其成分为：Al 85-94 at.％，ETM 0-8 at.％，LTM 0-8 at.％，TE 0-1 at.％。制备所述合金的方法，是按照名义成分配料后，经真空感应反复熔炼3-4次制备成分均匀的母合金；在高纯Ar气保护下甩带制备非晶带，甩带时铜辊线速度在35-50 m/s，熔体的喷射压力为0.1-0.3 MPa，真空度为2-10^-3 Pa。本发明组分配比合理、具有强非晶形成能力和高热稳定性，制备方法简单，适用于工业化生产。

Description

一种Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金及其制备方法

技术领域

本发明属于非晶材料制备领域，具体涉及一种Al-ETM-LTM-TE多元铝合金及其制备方法。

背景技术

1965年，Predecki和Giessen等人首次通过熔体极冷法制备出了铝基非晶Al-Si。到1981年，Inoue等人成功制备出完全的非晶结构铝合金系Al-Fe-B和Al-Co-B，但这种成分的非晶因为非常脆并没有得到重视。之后又得到了非晶合金系列Al-Fe-Si，Al-Fe-Si，但仍然很脆，所以人们认为脆性是非晶铝合金的一种特征。然而1987年Inoue在Al-Ni-Si和Al-Ni-Ge合金系中得到了具有良好韧性的非晶，接着在Al-ETM-LTM系列三元合金系中制备得到了具有良好韧性的非晶铝合金系。

非晶铝合金因具有高的比强和优异的耐蚀等性能，在航天、航空、国防、运输、军用和民用装备等方面将发挥重要作用。近些年来，非晶铝合金作为一种新型的非晶合金引起材料研究者的普遍关注。目前制约铝基非晶合金应用的主要限制是非晶合金形成能力较弱，对其理论研究的不够深入和透彻，因此，仍无法制备较大尺寸的非晶铝合金，韧性良好的非晶铝合金的开发利用更是少之又少，生产成本高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种组分合理、工艺简单、便于工业化生产的铝基非晶合金材料及制备方法。

为达上述目的，本发明一种Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金，其各组分的原子百分比为：Al 85.0-94.0％，ETM 0.0-8.0％，LTM 0.0-8.0％，RE 0-1.0％，其中所述ETM为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W，所述LTM为Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn，TE为微量元素，为B或Si。

其中所述铝基非晶合金组织具有急冷凝固组织，其凝固组织为完全均一的非晶态结构。

其中所述铝基非晶合金非晶带厚度为30-50um，宽为3-5mm，长为0.1-0.3m。

其中所述铝基非晶合金包括Al₈₈Ti₈Fe、Al₈₈Cr₈Co₄、Al₈₈V₈Ni₄和Al₈₈Nb₈Cu₄。

一种制备所述Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金的方法，包括以下步骤：

(1)、按合金最终各所述原子百分比称取各相应质量的金属单质；

(2)、在真空感应熔炼炉内放入所述各金属，熔炼过程反复进行5-9次，保证合金的熔化均匀，在Ar气保护下冷却为母合金锭；

(3)、将所述母合金锭放入石英管中，在Ar气保护下，用高频感应重熔后进行样品甩带，铜辊的线速度为35-50m/s，熔体的喷射温度为1273-1473℃，喷射压力为0.1-0.3MPa。

其中所述各金属原料纯度分别为Al≥99.99％、ETM≥99.99％、LTM≥99.99％、TE≥99.99％。

其中所述各金属加入所述真空感应熔炼炉前先进行机械打磨表面并依次采用无水正丁醇、丙酮、去离子水并在超声条件下交替清洗3次后风干待用。

其中所述各金属在所述真空感应熔炼炉中的叠放顺序为密度大的金属放上面层，熔化时熔体能够形成对流。

其中所述母合金锭在熔炼前先进行机械打磨去除其表面的氧化皮并反复采用无水正丁醇、丙酮和去离子水并在超声条件下进行清洗3次后风干待用。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

(1)、本发明中，由于ETM、LTM和TE均为添加剂，可以强化铝的非晶形成能力，使一定的合金可以形成完全非晶组织；

(2)、本发明采用单辊甩带技术制备高纯的连续带材铝基非晶合金，冷却速度达到铝基非晶合金形成，利用此技术可以进行大量带材的连续生产，方法简单，操作便捷，适用于工业化生产；

(3)、本发明得到的铝基非晶合金材料韧性良好，表现出优异的耐蚀性能，适用于航天飞行器、飞机、导弹、船舶、军用和民用装备等设施的基材涂层。

附图说明

图1为本发明提供的铝基非晶合金Al₈₈Ti_7.9Fe₄B_0.1、Al₈₈Cr₈Co₄、Al₈₈V₈Ni₄和Al₈₈Nb₈Cu₄的X射线衍射图；

图2，3，4和5分别为本发明提供的非晶试样Al₈₈Ti_7.9Fe₄B_0.1、Al₈₈Cr₈Co₄、Al₈₈V₈Ni₄和Al₈₈Nb₈Cu₄的选区电子衍射图和明场像；

图6为本发明提供的铝基非晶合金Al₈₈Ti_7.9Fe₄B_0.1、Al₈₈Cr₈Co₄、Al₈₈V₈Ni₄和Al₈₈Nb₈Cu₄的DSC曲线分析结果图，升温速率为20K/min。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明的实施例采用纯金属块体材料，其金属单质在合金中的原子百分比为Al 85-94％，ETM 0-8％，LTM 0-8％，TE 0-1％为原料，制备出多种成分的Al-ETM-LTM系多元铝基非晶合金。本发明采用的原料均为市售的高纯块状金属，按照质量分数其纯度分别为Al≥99.99％、ETM≥99.99％、LTM≥99.99％、TE≥99.99％。

实施例1

本实施例涉及一种Al₈₈Ti_7.9Fe₄B_0.1非晶态合金及其制备方法。

(1)、按照合金成分Al₈₈Ti_7.9Fe₄B_0.1中原子百分比换算各金属单质原料质量比Al：79.76wt.％，Ti：12.7wt.％，Fe：7.5wt.％,B：0.04wt.％称取原料，依据合金熔炼烧损经验加入其组元合金保证名义合金配比。配料时纯金属经过机械打磨表面，并反复依次采用无水正丁醇、丙酮、去离子水并在超声条件下交替清洗3次后风干待用；

(2)、在真空感应熔炼炉内按照密度不同放入各纯金属(密度大的金属放上面，熔化时熔体可形成对流)，熔炼反复进行5-7次，保证合金的熔化均匀；

(3)、所述合金块体在熔炼前先进行机械打磨去除其表面的氧化皮并并反复依次采用无水正丁醇、丙酮、去离子水并在超声条件下交替清洗3次后风干待用；

(4)、在氩气保护下，母合金放入石英管中用高频感应重熔进行样品甩带，铜辊的线速度为35-50m/s，熔体的喷射温度为1273-1473℃，喷射压力为0.1-0.3MPa。

按上述工艺制得的成分为Al₈₈Ti₈Fe₄B_0.1条带(厚度为40um，宽为4mm，长为0.2米)，经X射线衍射和透射电镜照片表明所制备的带材为完全非晶态结构；利用差式扫描量热仪分析结果表明本发明带材无明显的玻璃转变温度T_g，开始晶化温度为577.6K。

实施例2

本实施例涉及一种Al₈₈Cr₈Co₄非晶态合金及其制备方法。

按照合金成分Al₈₈Cr₈Co₄中原子百分比换算各金属单质原料质量比Al:78.46wt.％，Cr:13.74wt.％，Co:7.8wt.％称取原料，并依据合金熔炼烧损经验加入其组元合金保证名义合金配比。然后按照实施例1的方法和步骤制备得到成分为Al₈₈Cr₈Co₄条带(厚度为30um，宽为3mm，长为0.1米)经X射线衍射和透射电镜照片表明所制备的带材为完全非晶态结构；利用差式扫描量热仪分析结果表明本发明带材无明显的玻璃转变温度T_g，开始晶化温度为560.4K。

实施例3

本实施例涉及一种Al₈₈V₈Ni₄非晶态合金及其制备方法。

按照合金成分Al₈₈V₈Ni₄中原子百分比换算各金属单质原料质量Al:78.71wt.％，V:13.51wt.％，Ni:7.78wt.％称取原料，并依据合金熔炼烧损经验加入其组元合金保证名义合金配比。然后按照实施例1的方法和步骤制备得到成分为Al₈₈V₈Ni₄条带(厚度为50um，5宽为mm，长为0.3米)经X射线衍射和透射电镜照片表明所制备的带材为完全非晶态结构；利用差式扫描量热仪分析结果表明本发明带材无明显的玻璃转变温度T_g，开始晶化温度为529.9K。

实施例4

本实施例涉及一种Al₈₈Nb₈Cu₄非晶态合金及其制备方法。

按照合金成分Al₈₈Nb₈Cu₄中原子百分比换算各金属单质原料质量比Al:70.4wt.％，Nb:22.0wt.％，Cu:7.6wt.％称取原料，并依据合金熔炼烧损经验加入其组元合金保证名义合金配比。然后按照实施例1的方法和步骤制备得到成分为Al₈₈Nb₈Cu₄条带(厚度为30um，宽为3mm，长为0.2米)经X射线衍射和透射电镜照片表明所制备的带材为完全非晶态结构；利用差式扫描量热仪分析结果表明本发明带材无明显的玻璃转变温度T_g，开始晶化温度为492.6K。

以上实施例制得的非晶带材经过反复对折180⁰均不断裂，自然腐蚀电流密度在1-5X10^-7A/cm²范围。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金，其特征在于其各组分的原子百分比为：Al 85.0-94.0％，ETM 0.0-8.0％，LTM 0.0-8.0％，RE 0-1.0％，其中所述ETM为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W，所述LTM为Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn，TE为微量元素，为B或Si。

2.根据权利要求1所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述铝基非晶合金组织具有急冷凝固组织，其凝固组织为完全均一的非晶态结构。

3.如权利要求1所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述铝基非晶合金非晶带厚度为30-50um，宽为3-5mm，长为0.1-0.3m。

4.根据权利要求1所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金，其特征在于：所述铝基非晶合金包括Al₈₈Ti₈Fe、Al₈₈Cr₈Co₄、Al₈₈V₈Ni₄和Al₈₈Nb₈Cu₄。

5.一种制备如权利要求1-4中任一项所述Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述各金属原料纯度分别为Al≥99.99％、ETM≥99.99％、LTM≥99.99％、TE≥99.99％。

7.根据权利要求5所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述各金属加入所述真空感应熔炼炉前先进行机械打磨表面并依次采用无水正丁醇、丙酮、去离子水并在超声条件下交替清洗3次后风干待用。

8.根据权利要求5所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述各金属在所述真空感应熔炼炉中的叠放顺序为密度大的金属放上面层，熔化时熔体能够形成对流。

9.根据权利要求5所述的Al-ETM-LTM-TE铝基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述母合金锭在熔炼前先进行机械打磨去除其表面的氧化皮并反复依次采用无水正丁醇、丙酮和去离子水在超声条件下进行清洗3次后风干待用。